(57)【要約】【課題】  従来の凹凸表面を備えた透光性被覆膜は、素子の光取り出し表面の一面しか設けることができず、光取り出し効率向上の低下、素子の指向性の悪化が問題となる場合があった。【解決手段】  半導体構造120を備え、光取り出し表面を有する発光素子100において、その光取り出し表面の内、少なくとも２つの異なる表面を覆い、２つの表面の各々対向した表面を有する透光性被覆膜10と、を有し、前記透光性被覆膜の対向表面が、凹凸構造13を備える構造とすることで、素子の主要な光取り出し表面から好適な光出射を実現する。また、素子が支持基板104などに実装される場合に、その載置部まで透光性被覆膜10が延在されて設けられることで、載置部側へ出射された光を表面凹凸13で好適に反射させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造を備え、光取り出し表面を有する発光素子と、該光取り出し表面の内、少なくとも２つの異なる表面を覆い、該２つの表面に各々対向した表面を有する透光性被覆膜と、を有し、
前記透光性被覆膜の対向表面が、凹凸構造を備える発光素子。
【請求項２】
前記透光性被覆膜の膜厚が、前記２つの表面において略同一である請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光素子が透光性基板とその上の半導体構造を有し、前記透光性被覆膜が、前記透光性基板の少なくとも２つの表面に設けられ、該表面が互いに交叉する法線方向である請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項４】
前記透光性基板の組成が、前記透光性被覆膜と略同一組成である請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記２つの透光性基板表面と前記透光性被覆膜とが界面を形成し、該界面において、発光素子側の屈折率と、前記透光性被覆膜の屈折率が略同一である請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光素子の２つの表面と前記透光性被覆膜とが界面を形成し、該界面において、素子側の屈折率より、前記透光性被覆膜の屈折率が小さい請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記透光性被覆膜と前記発光素子表面の境界が平坦な構造を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
半導体構造を備え、光取り出し表面を有する発光素子と、該発光素子が載置された載置部を有する発光装置であって、
前記発光素子の光取り出し表面の少なくとも一部と、前記載置部の前記発光素子の光が到達する光到達部の少なくとも一部と、を被覆する透光性被覆膜を有し、
前記透光性被覆膜が、前記光取り出し表面と、前記光到達部の表面と、に各々対向する表面に凹凸構造を備えた発光装置。
【請求項９】
前記透光性被覆膜の表面上に、前記発光素子の光を異なる波長の光に変換する蛍光体層を有する請求項８記載の発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光体層が、蛍光体粒子が凝集された構造を備え、該蛍光体層の粒子間領域、又は該蛍光体層の粒子間領域と蛍光体層表面、を覆う、透光性部材を有する請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
半導体構造を備え、光取り出し表面を有する発光素子と、該光取り出し表面の少なくとも一部を被覆する透光性被覆膜と、透光性被覆膜表面に蛍光体粒子が凝集した蛍光体層と、該蛍光体粒子間に介在し、蛍光体層表面を覆い、前記透光性被覆膜の外側に離間された表面を有する透光性部材と、を有し、
前記透光性被覆膜及び前記蛍光体層が、前記発光素子の外側に延在して、前記透光性被覆膜の表面に凹凸構造を有する発光装置。
【請求項１２】
前記透光性部材の表面が、
それとは異なる外側透光性部材と光学的に結合した光境界面を有する請求項１０又は１１記載の発光装置。
【請求項１３】
前記発光装置は、発光素子が載置された載置部を有し、前記発光素子表面と前記載置部において、前記透光性被覆膜が設けられ、前記透光性被覆膜及び／又は蛍光体層の膜厚が略同一である請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記透光性部材表面と前記透光性被覆膜表面との距離が、前記蛍光体層の膜厚より小さい請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光装置が、前記載置部から傾斜した反射面を備えた反射部を有し、前記透光性被覆膜が前記載置部から延在されて、前記反射部を覆う請求項１３又は１４のいずれか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
被覆膜を有する発光素子、発光装置に係り、その被覆膜から光を透過させ、又は光を変換するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を用いた発光素子は、信号、表示装置、装飾用光源、液晶などのバックライト光源などの他、蛍光体と組み合わせて、白色光源として、照明用途などに利用される。その発光素子、若しくは発光素子を搭載した発光装置は、各種用途、特に照明などの用途における高出力、高演色、色むらなど、種々の要求特性に応じたものについて、開発が盛んに行われている。
【０００３】
その一例として、発光素子表面、若しくは、発光素子を被覆する封止部材において、その光取り出しの光路上に凹凸を設ける構造が提案されている。例えば、以下に示す、従来技術があり、特許文献３，４に関しては、それに類似する従来技術として、特開２００６−０４１４１５号公報、特開２００７−０８８２７３号公報、特開２００７−０８８２７８号公報、特許文献１２に関してＷＯ０４／００３３６３がある。
【特許文献１】特開２００３−１７４１９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９２８３号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４２０１号公報
【特許文献４】特開２００４−１２８４４５号公報
【特許文献５】特開２００７−０３５９６７号公報
【特許文献６】特開２００５−１５０２６１号公報
【特許文献７】特開２００６−２２２２８８号公報
【特許文献８】特開２００５−１９１５１４号公報
【特許文献９】特開２００５−１９１１９７号公報
【特許文献１０】特開２００７−０２７７５１号公報
【特許文献１１】特開２００６−０４１４１５号公報
【特許文献１２】特開２００４−０８８０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の表面凹凸構造を有する透光性素子被膜は、素子の半導体層を凹凸状に成長・形成させるもの（特許文献１〜３）、素子周囲の表面に膜を形成するもの（特許文献１１）、金属アルコキシドなどゾル・ゲルによる多孔質膜、粒子の膜を設けるもの（特許文献８）、素子表面に設けた膜に、型押しなどで凹凸構造を形成するもの（特許文献４〜７）、などがある。また、発光装置の封止樹脂と蛍光体層との界面に凹凸構造を設けるもの（特許文献９，１０）などがある。
【０００５】
発光素子からの光取り出し、蛍光体層への光変換を促進させる被覆膜において、上記半導体層表面の凹凸、又は基板裏面の凹凸では、素子の光出射面の一部の表面（主に、主発光取り出し面）にだけ、取り出しを向上させるものであり、それ以外の光出射の取り出しが向上せず、素子の指向性を悪化させる場合がある。また、素子周囲に単に被覆しただけの平坦な表面では光特性への影響が小さく、更に多孔質状の膜では、素子表面との光結合が不十分となり、その光取り出し効率の上昇が低くなる。また、蛍光体層を設ける場合において、樹脂、蛍光体層などの他の光学部材との光結合において、効率が低下する場合がある。更に、発光装置において、発光素子の封止樹脂の一部の層・界面、特に透明下層と蛍光体上層との界面、に凹凸構造を設ける例を示しているが、素子と透明下層との間の取り出し効率は上昇せず、また蛍光体層と素子の距離が大きくなることで、光量、発光装置の出力が、素子近接の蛍光体層に比して、低下する傾向がある。
【０００６】
以上から、素子の表面若しくはその近傍、発光装置における素子の光到達領域において、光を好適に制御する被覆膜、例えば、素子からの光取り出し、光散乱、戻り光の反射、蛍光体の光変換、などを促進させる膜、を設ける構造について、それを新規に見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る発光素子は、半導体構造を備え、光取り出し表面を有する発光素子と、光取り出し表面の内、少なくとも２つの異なる表面を覆い、２つの表面に各々対向した表面を有する透光性被覆膜と、を有し、透光性被覆膜の対向表面が、凹凸構造を備える。
【０００８】
上記第１の態様の発光素子に係るその他の形態としては、（１）透光性被覆膜の膜厚が、２つの表面において略同一である、（２）発光素子が透光性基板とその上の半導体構造を有し、透光性被覆膜が、透光性基板の少なくとも２つの表面に設けられ、表面が互いに交叉する法線方向である、（３）透光性基板の組成が、透光性被覆膜と略同一組成である、（４）２つの透光性基板表面と透光性被覆膜とが界面を形成し、界面において、発光素子側の屈折率と、透光性被覆膜の屈折率が略同一である、（５）発光素子の２つの表面と透光性被覆膜とが界面を形成し、界面において、素子側の屈折率より、透光性被覆膜の屈折率が小さい、（６）透光性被覆膜と発光素子表面の境界が平坦な構造を有する、がある。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る発光装置は、半導体構造を備え、光取り出し表面を有する発光素子と、発光素子が載置された載置部を有する発光装置であって、発光素子の光取り出し表面の少なくとも一部と、載置部の前記発光素子の光が到達する光到達部の少なくとも一部と、を被覆する透光性被覆膜を有し、透光性被覆膜が、光取り出し表面と、光到達部の表面と、に各々対向する表面に凹凸構造を備える。
【００１０】
本発明の第３の態様に係る発光装置は、半導体構造を備え、光取り出し表面を有する発光素子と、光取り出し表面の少なくとも一部を被覆する透光性被覆膜と、透光性被覆膜表面に蛍光体粒子が凝集した蛍光体層と、蛍光体粒子間に介在し、蛍光体層表面を覆い、透光性被覆膜の外側に離間された表面を有する透光性部材と、を有し、透光性被覆膜及び蛍光体層が、発光素子の外側に延在して、透光性被覆膜の表面に凹凸構造を有する。
【００１１】
上記第２の態様の発光装置に係るその他の形態としては、（１）透光性被覆膜の表面上に、発光素子の光を異なる波長の光に変換する蛍光体層を有する、（２）蛍光体層が、蛍光体粒子が凝集された構造を備え、蛍光体層の粒子間領域、又は該蛍光体層の粒子間領域と蛍光体層表面、を覆う、透光性部材を有する、がある。
【００１２】
上記第２，３の態様の発光装置に係るその他の形態としては、（１）透光性部材の表面が、それとは異なる外側透光性部材と光学的に結合した光境界面を有する、（２）透光性部材表面と被覆膜表面との距離が、蛍光体層の膜厚より小さい、（３）発光装置が、載置部から傾斜した反射面を備えた反射部を有し、透光性被覆膜が載置部から延在されて、前記反射部を覆う、がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光素子では、その光取り出し表面に応じた透光性被覆膜10が設けられ、その表面に凹凸構造13を有することで、好適な光取り出しが成され、またその指向性に優れたものとでき、更に蛍光体層20を被覆膜10の上に設けた構造では、素子表面から離間された蛍光体層が、凹凸表面の反射により、蛍光体層から外側へも好適に光取り出しが成される。本発明の発光装置では、素子外部領域で、装置の光取り出し方向とは異なる方向、例えば素子外部領域、載置部、その光到達部、に素子から出射された光も好適に反射でき、また、蛍光体層20をその被覆膜10の上に設けた構造では、素子外部領域において蛍光体層と被覆膜の凹凸表面13による好適な光反射、光変換が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置、その製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。特に、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１５】
〔第１実施形態〕
本発明の発光装置の一例は、図１，２に示すように発光素子100の表面、その基板110背面と側面と半導体構造120側面、を覆うように透光性被覆膜10を備えている。また、この透光性被覆膜10の上に、図２に示すように、蛍光体層20を設けても良く、さらに付加的に第３の被覆膜30として、例えば樹脂を用いて、内側の蛍光体層20を覆う透光性部材30を設けることができる。被覆部材30は、例えば、透光性被覆膜10が発光素子100表面に設けられ、その透光性被覆膜10を下地として、その上に、蛍光体粒子21が分布した蛍光体層20、その間隙に透光性部材30の一部の充填部24が配置されて成形された蛍光体層20が設けられ、その層表面よりも外側に部材30の表面が設けられた構造を有している。
【００１６】
この図に観るように、透光性被覆膜10が発光素子表面を比較的均質、例えば膜厚が略同一、表面凹凸13の各性質が略同一、である下地膜として設けられて透光性を有し、その下地膜の上に、蛍光体粒子21が間隔を置いて配置され、その粒子間に透光性部材が配置され（混在領域）、好ましくは粒子の間隙を充填するように配置されている。このように、比較的に、素子表面との界面が平坦で、膜厚が均一であること、それが少なくとも素子表面の異なる２面、好適には素子表面の光取り出し面のほぼ全域に比較的一様な膜質であることで、蛍光体粒子21と発光素子100との距離を略一定とでき、発光むらの小さい光変換を備えた複合的な被覆膜1とできる。また、凹凸構造13により蛍光体粒子21が安定して透光性被覆膜10に被着されているため信頼性に優れた被覆部材1とできる。
【００１７】
このような発光素子100は、後述する蛍光体層20、透光性部材30、封止部材230などに覆われた素子、発光装置として用いることができる。また、図１のようなフリップ実装の形態で、被覆膜10が設けられると後述のように好ましいが、これに限らず、図３などに示すように、発光素子の単位で被覆される形態の素子被覆体103でも良い。
本実施形態では、主要な光取り出し面の基板100裏面と、素子の側面が透光性被覆膜10で覆われることで、好適な光取り出し、光の指向性の特性が得られる。
【００１８】
本実施形態の変形例としては、図２に示すように、透光性被覆膜10の表面上に、蛍光体層20を設けた構造があり、その作製には後述するような電着による形成が可能である。蛍光体層20は、結着剤などで蛍光体粒子が結着されて、成形されるような膜、樹脂層中に蛍光体粒子を含有する膜でも良いが、特に好ましくは、図示するような蛍光体粒子21の凝集体の構造であることが好ましい。このように、凝集体であることで、結着剤を用いて成形する場合に比して、均質な蛍光体層が形成されやすく、また蛍光体含有の膜を形成する場合よりも、透光性被覆膜に近接して配置でき、薄膜化し易く、特に、素子側面など粒子の沈降、樹脂層の形成が困難な側面被覆では、好適に適用できる。また、金属アルコキシドを用いたゾル・ゲル法による膜などでは、膜そのもの及び蛍光体の膜において均質で安定した膜を形成する課題、多孔質性の膜の場合に樹脂を浸潤されるときの不具合の課題が、発生する場合があるが、この例ではその課題を解決できる。また、結着剤、ゾル・ゲルなどの成形方法では、熱処理、乾燥などの成型時に、割れ、欠けなどの膜の部分的な欠損が生じる場合があり、特に厚膜化の場合、基板の角などの屈曲部、段差部などを有する場合、にそれが発生しやすいが、その問題も解決でき、特に素子の外表面の複雑な形状に比較的良好な追従性で膜を形成でき、また膜の均質性、膜厚の均一性、凹凸構造の均一性などにより、好適な被覆膜1とできる。
【００１９】
透光性被覆膜10表面の凹凸構造13により、このような凝集体の各粒子の係止として機能し、後の工程における透光性部材30の形成、発光装置の封止部材による封止、及びそこにいたるまでの取扱において、十分な強度の蛍光体層が形成できる。
また、蛍光体層20へ到達した素子からの光は、一部が光変換され、一部が散乱されることで、素子側に戻る光が発生するが、それに対して凹凸構造13により光反射、特に乱反射、回折などにより、好適に蛍光体層20の外側へ光を取り出すことができる。
【００２０】
また、図２に点線で示すように、このような凝集体の蛍光体層20に、透光性樹脂などの透光性部材30を粒子間などの間隙に、充填させて、蛍光体層領域に透光性部材が混在した領域24、そのような複合的な膜状領域を、形成することが好ましい。これにより、混在部24では介在する透光性部材により傾向体操へ好適に光が結合され、透光性被覆膜から好適に蛍光体層の領域に光が取り出される。また、図示するように、蛍光体層の表面よりも外側に表面が設けられる透光性部材として形成されることで、その透光性部材を導光部として、素子外部領域における光変換を好適なものとできる。外部領域において蛍光体層に離間した透光性部材により、その外側を覆う封止部材などの外側の透光性部材と、光結合が良好な光境界面を形成することができる。これに限らす、蛍光体層の少なくとも一部領域（膜厚領域）、好ましくは略同一膜厚領域に混在部24が設けられる形態でも良く、例えばそのような透光性部材により、強固な蛍光体層の複合膜とでき、例えば素子封止体103、支持基板に素子が載置された装置201として、それを発光装置に搬送するなどの取り扱いにおいて有利となる。尚、図１，２，７Ｂのように、支持基板104上の素子100を有する装置201では、載置部はその支持基板104上面の一部であり、その上面の素子の実装面側は通常光到達部となる。
【００２１】
〔第２実施形態〕
図３，４の例では、図１，２の第１実施形態と異なり、基板裏面（第２の主面）側を実装面側として、基板表面（第１の主面）上の半導体層表面側を電極形成側として、光取り出し側とした構造となっており、その光取り出し表面に透光性被覆膜10が設けられた形態となっている。
【００２２】
具体的には、図３に示すように、主要な光取り出し表面となる半導体層120表面側に透光性被覆膜10が設けられており、この時、通常の発光素子に設けられる保護膜135を介して設けても良い。図に観るように、半導体層120表面、電極形成面側では、比較的段差などが多いが、その上面、側面に連続した被覆膜10であることが好ましい。この図３の例では、半導体ウエハの状態で、その半導体層120表面側に透光性被覆膜10を設けて、チップに分割することで得られ、すなわち図示するように、そのチップ分割面に当たる半導体層120側面と基板110側面、及び素子の実装面側の基板裏面（第２の主面）が透光性被覆膜10から露出された構造となっている。このような構造では、主発光方向となる半導体層表面側からの光取り出しを促進して、指向性を改善でき、また半導体層内部で伝搬して、一部が吸収されることによる光損失を低くできる。
また、半導体層側面は、基板上の半導体層をエッチング除去するなどして、基板表面を半導体層から一部露出させることで、基板上に半導体層側面を形成して、半導体ウエハの状態で上記半導体層表面に加えてその側面（第１導電型層122側）、更にはそれにより半導体層から露出されたその基板表面を覆う被覆膜とでき、この場合、第２の主要な光取り出し表面の半導体層側面の光も好適に取り出される。
【００２３】
図４は、本実施形態の変形例の形態を示すものであり、図３の例とは異なり、素子切断面を構成する基板110側面、半導体層120側面にも、透光性被覆膜10が半導体層表面から延在されている。これにより、第２の主要な光取り出し表面の半導体側面、基板側面も透光性被覆膜10で覆われることで、好適な指向性、光取り出しとできる。特に、基板側面は素子表面の面積の多くを占めるため、この領域が覆われることで、その部分の光取り出しを向上させることで、素子の出力向上効果が高くなる。このような側面への透光性被覆膜形成は、素子分割後に、素子単位、若しくは、ウエハ用の粘着シートに転写した状態で、形成することが出来る。
【００２４】
以上において、本発明の発光素子を説明したが、各実施形態の各構成は、以下に詳述する。また、上記実施形態の共通部分は、同様な構成、構造とすることができる。
【００２５】
素子表面の光取り出し面で、異なる方向に傾いた面、法線方向の異なる出射面、そのような少なくとも２つの面において、従来は異なる２つの一方、主に主要な光取り出し方向となる基板の主面の表面側（半導体層側）か裏面側に、型押し、エッチング、機械加工など、若しくはそれらを組み合わせて、その主要な光出射面にのみ凹凸構造が設けられた。しかし、通常、上記異なる２つの面が、主要な出射面、若しくは主・副出射面、などを備え、また、それらの異なる方向の出射面が素子の発光の指向性を決めるため、一つの面、一方向の面にのみ光出力向上率の低下、指向性の悪化につながる場合がある。本実施形態では、その素子の2つの異なる光取り出し面に対して、好適な凹凸構造が形成され、光取り出し効率を高め、光の指向性を良好とできる。その時、各面における透光性被覆膜の膜厚が略同一、例えば差違が１０％以下、であると、素子表面から光出射される被覆膜表面までの距離が、各面において、略一定となり、素子の発光の指向性を低下させずに光取り出しを向上させることができる。
【００２６】
また、発光素子100は、その構造例を図１〜４などに示すように、透光性基板110の上に、発光構造を備えた半導体の積層体を有する半導体構造120が設けられ、この例の構造の場合、透光性基板110から光取り出しされる構造なり、その時、基板は通常半導体層より厚膜、例えば１０〜３０倍の膜厚、であり、表面積はその二乗であるため、光取り出し表面の多くを基板表面が占め、特に、図１，２のような半導体層側を実装側とする形態は特にその占有率が高くなる。このため、好適には、透光性被覆膜が透光性基板の表面を２つ以上覆うことが好ましく、更に好ましくは少なくとも基板の側面の異なる２つの面を覆うことであり、更に好ましくは側面の全てを覆うことである。また、図１，２の構造のように、基板裏面側を光出射面とする構造では、素子の２つの異なる表面として、基板の裏面（第２主面）と側面が覆われること、特に、面積の大きな基板裏面が覆われることが好ましい。
【００２７】
他方、被覆膜から露出、離間される素子表面としては、特に無くても良いが、図１〜４に観るように、光取り出し表面以外の素子表面、例えば実装面側表面、である。具体的には、半導体層側が実装面側の素子であれば、図１，２に観るように、半導体層120表面が露出されることが、電極の形成、外部接続の設計等が容易となり好ましく、半導体表面側に正負電極131,132が配置される構造の場合に特に好ましい。更に好ましくは、半導体層側面が被覆されることで、基板側面に連続した膜が強固となり、膜内を伝搬した漏れ光にも対応でき、特にそこが光取り出し面である場合に、そこからの光取り出しが良くなる。図３，４のように、基板裏面側が実装面側である形態の場合には、その基板裏面側が透光性被覆膜から露出される。
尚、以上では、実装面側と光取り出し面側を素子表面で分離、区分けする形態について説明したが、両者を兼ねる表面、例えば発光装置の光取り出し窓230、筐体220の透光性部材として、そこに素子を実装して、素子の光をその実装面側から取り出す構造の装置とすることもできる。この場合、光取り出し表面の実装面側に透光性被覆膜を少なくとも設けることが好ましい。すなわち、装置の光取り出し方向に向けられた素子表面と、そこから傾斜した素子表面に、被覆膜1を少なくとも設けることが好ましい。
【００２８】
また、半導体層と、透光性基板とが異種基板である場合には、その物性、化学的な性質の違いにより、それによる素子の複合的な表面に対して、比較的一様な凹凸構造を設けることは困難である。しかし、本実施形態では、基板の表面と半導体層の表面、例えば、図１，２，４に示すような基板側面と半導体層側面、連続して設けられることで、その問題を解決できる。
また、素子表面が、湾曲、屈曲したような曲面を有する形態、例えば、基板裏面が半球状、半円柱状、などの構造でも良く、この場合に本発明の透光性被覆膜、更には蛍光体層が好適に形成できる。
被覆される素子表面には、素子基板、半導体層と、透光性被覆膜との界面のように、異種材料で構成される面があり、図に示すように、素子側面が略同一面であり、このような場合でも、均一な被覆膜で覆われることで、素子の本来の配光性などの特性を維持して、出力の向上が図れる。
【００２９】
以上において、本発明の発光素子について説明したが、その発光素子を発光装置に用いることができ、その場合には、以上は装置内の発光素子周辺部の構造として利用することができ、またそれについて、以下の発光装置の発明における説明で一部省略する。
【００３０】
〔第３実施形態〕
本発明の発光装置に係る第３実施形態は、図１，２に示すように、支持基板104の上に、発光素子100が載置され、その支持基板104上の載置部で、素子表面を覆う透光性被覆膜が、素子の外側の領域まで延在して、設けられた構造を有している。また、この例では、支持基板104に導体配線141が設けられ、その配線に発光素子の電極131,132で接続され、発光素子が電気的に接続された形態となっている。
【００３１】
図に示すように、素子外部領域の載置部まで、透光性被覆膜が延在されること（延在部10c）で、発光装置の主発光方向、図の例では基板裏面側、に対向する実装面側に出射された光が、その延在した透光性被覆膜10cにより、好適に光反射が成される。これにより、透光性被覆膜が、素子の光取り出し表面の少なくとも一部を覆うことで、その素子からの光取り出しを向上させ、素子外部領域の延設された部分10cで、好適な光反射が成される。特に、素子100と支持基板104との隙間に光が入り、閉じ込められることで光損失が起こるが、透光性被覆膜が、素子領域と素子から離間した外側の素子外部領域との間で連接されること、その連接部10e(20e)を有することで、これが改善される。
【００３２】
発光装置の載置部について、具体的には、図１に示すように、載置部の一部領域に素子が実装される領域があり、それとは別に、その実装された素子から露出した載置部の露出領域が設けられる。通常、この領域には、発光素子からの光が一部到達するため、この領域に透光性被覆膜10の延在部10cが設けられて、その表面の凹凸構造13に発光素子からの光が到達して、反射、乱反射され、装置の光損失を低くできる。このように、透光性被覆膜が、装置の載置部の２つの複合的な領域、素子領域と、露出領域において、それぞれ素子と露出部の複合的な領域を被覆する膜とでき、これに対し上述した均質性の被覆膜であることで、光出力、指向性に優れた良好な光特性の発光装置とできる。ここで、載置部を例として説明したが、被覆膜が形成される素子外部領域、光到達部はこれに限定されず、発光素子の光が到達する発光装置の基体221、筐体220の一部領域であっても良い。
特に、図１に示すように、半導体層側を実装面側とする例、特に、基板上の半導体層で相互に異種材料である場合に、素子外縁側の半導体層側面からの出射光が強くなり、また、半導体層上面、素子内側の半導体層側面が光取り出し表面である場合には、半導体層から載置部側への出射光があり、これを、上記素子外部領域の透光性被覆膜により好適に光反射、散乱させることができる。
また、図３，４のような素子100（素子被覆体103）を発光装置に実装する場合は、図５に示すような支持基板104上に並べて配置して、素子及び支持基板表面の各々少なくとも一部の光取り出し部と光到達部に透光性被覆膜を形成し、その支持基板を素子単位、装置に必要な素子数を有する区画で分離した支持基板実装の素子を、例えば図８に示すように、装置の基体に実装することで本実施形態が実現できる。
【００３３】
図２，７に示すように、本実施形態の透光性被覆膜10の上に、上記第１，２実施形態と同様に、蛍光体層20、透光性部材30を設けることができる。具体的には、図２，７に示すように、上記素子外部領域の透光性被覆膜(10e,10d)の上に、蛍光体層、例えば蛍光体粒子が凝集した層状のもの、を設けることができる。更にはその蛍光体層の上、若しくは蛍光体粒子間などの空隙に充填されて、透光性部材を設けること、好ましくは上記第１，２実施形態同様に、多孔質な蛍光体層の空隙に含浸させて、その蛍光体層表面よりも外側まで覆って表面を成す厚さの透光性部材が形成される。これにより、素子領域においては、上述と同様に、好適な光結合がなされ、蛍光体21による光変換、その光、蛍光体による光散乱がなされ、素子外部領域では、上述した素子から装置の窓方向と異なる方向、例えば実装側方向への光を、好適に光変換、光反射させること、ができる。このように、主要な光取り出し方向（装置の光取り出し方向）に対して、反対方向に位置する素子載置部側へ取り出された光は、素子外部領域に設けられた被覆膜により好適に反射され、またそこに設けられた蛍光体層により好適な光変換、反射がなされる。
【００３４】
本実施形態において、素子外部領域に延在される透光性被覆膜10c(10e)は、素子の載置部の少なくとも一部で、略全領域に設けることもでき、図８のような発光装置内の凹部の底面が載置部である場合は、その底面の少なくとも一部であり、略全領域に設けることもできる。また図示しないが、凸状部を有する基体の凸部上面を載置部とするような場合は、その上面の少なくとも一部であり、略全領域に設けることもでき、また凸部の側面まで延設させてもよい。
このように、載置部の略同一面内に任意に延在させることができ、また、上記凸状基体、下記第４実施形態の光反射部223のように、その載置部と異なる面にまで延設(10d,20d)させて、その領域の光到達部を覆うことができる。具体的には、第４実施形態のような反射部の他、装置の凹部の載置部222（図８）、素子の載置部が電極141など装置内の他の部位より突起した凸状部、またそのような複雑な構成面を有する場合には、その複合的な表面でも、その形状に好適に追従した形状の被覆膜、被覆部材を設けることができる。
【００３５】
以上の本実施形態３，４の発光装置を応用して、発光装置の載置部を備えた基体、筐体の一部領域に、選択的に透光性被覆膜領域、後の実施形態における蛍光体層領域を設けることができ、これにより発光装置における好適な光源を実現できる。
【００３６】
〔第４実施形態〕
第４実施形態は、図７に示すように、発光素子からの光を装置の光取り出し方向に反射させる反射部を備え、その反射部に、透光性被覆膜が設けられる形態である。具体的には、装置の光反射部は、発光素子の載置部の面と異なる面、通常、実装面から素子方向に傾斜した面を有する。このように、傾斜した光反射面で、発光素子の横方向の光を、発光素子の縦方向の光と同様に、装置の窓方向に転換させる。尚、図７に示す発光装置201Bの例は、例えばセラミック筐体220で、各セラミック層（220a〜c）とその間に介在する導体配線層141、その層間を導通する導通配線部144、筐体220裏面側に設けられた電極143、凹部の傾斜面に設けられた反射部223を備えた発光装置である。
本実施形態では、この光反射部に透光性被覆膜が設けられることで、光反射率を高め、また、光反射部の光反射膜などを素子の光による劣化から保護することも出来る。具体的には、発光素子100からの第２の主要な光が光反射部223に到達することで、そこにある光反射部材、例えばＡｇ、などがその光によって劣化する場合に、それを透光性被覆膜10表面の凹凸構造13によって、一部を散乱、反射することで防止する。
【００３７】
特に、光反射部223において、半導体層120の高さ、好ましくは素子高さの位置まで被覆膜10(1)で覆われることが好ましく、これにより、発光素子の内、強い光から効率的に保護することができる。これは、上述したように、発光素子からの光は基板の主面方向（第１，２の主面方向）と、素子の側面方向が主要な方向であり、通常、装置内で、基板主面方向は窓方向となるように素子が配置され、素子の側面方向は、装置の光反射部で反射して窓方向とするか、光学レンズで集光・反射させ、若しくは、光取り出し窓を広げて、又は載置部以外を窓部として、そのまま光を取り出す構造となる。この時、光反射では素子からの強い光に晒されるため、それによる光劣化が起こる場合がある。特に、基板とその上の半導体層とが、異種材料である場合、その境界による光反射があり、また屈折率差がある場合にはそれが大きくなり、半導体層側面からの光が素子側面からの光の多くを占める強い光となる。これに対して、その半導体層の高さ（窓方向側の表面の位置）まで、少なくとも光反射部が透光性被覆膜で覆われることで、それによる劣化を抑えて、またその光を好適に反射させることができる。更に、素子側面からの光の広がりを考慮して、素子高さまで、透光性被覆膜が光反射部を覆っていることが好ましい。
【００３８】
また、図７の例では、装置の基体が凹部形状を有するなどにより、反射部が設けられているが、本発明はこのような形態に限らず、例えば、図５において、素子、装置単位で区画する枠体が、反射部構造を有して、それを反射部として有した支持基板の発光装置とすることもできる。すなわち、素子が載置された支持基板側に反射部を有して、その素子搭載の支持基板を発光装置の載置部に載置させる形態でも良く、すなわち、本実施形態は、素子が載置された支持体、装置において、透光性被覆膜などの被覆部材を設ける形態に利用できる。また、装置の凹部が素子に比して十分に大きい場合、装置への実装後に被覆膜の形成が困難な場合、などには、素子搭載の支持基板側に反射部とそれを覆う被覆部材の構成とすることが好ましい。
【００３９】
〔第５実施形態〕
本実施形態では、上記第１，２実施形態の発光素子、若しくは支持基板上に実装された発光素子を、発光装置に組み込み、搭載する形態を説明する。具体的には、図８に示すように、支持基板104上の発光素子100（素子封止体103）を、装置の凹部222内に、載置させている。この場合、図６に示すように、支持基板104上に配置された複数の発光素子に対して、被覆膜を形成、その他、その上の蛍光体層、透光性部材を形成、した後に、支持基板を分割して、支持基板を凹部内に実装する。また、別の例では、図９に示すように、上記支持基板、若しくは分割された支持基板を、透光性の封止部材で封止して、発光装置とすること、すなわち、素子を載置した支持基板を装置の基体とすることもできる。尚、図では省略しているが、上記第１実施形態の延在部10cを支持基板104上に備える形態であっても良い。
この時、装置が封止部材230を有する場合は、素子、素子と素子外部領域の被覆膜、更には蛍光体層20、透光性部材30、が覆われる形態となる。これに限らず、例えば、図７Ｂに示すように、支持基板上に載置された複数の発光素子がある場合に、その素子間の領域（架設部10b）に透光性被覆膜、蛍光体層、透光性部材が設けられる形態でも良い。この素子間領域の蛍光体層により、暗部となる素子間領域の光を強くでき、複数の素子による結合した光源を実現できる。
【００４０】
〔第６実施形態〕
本発明の第２実施形態として、上述した発光装置の製造方法について図を用いて説明する。併せて、本発明の各構成要素、構成部品、構成部材、並びに、各工程で得られる発光素子、発光装置について説明する。
【００４１】
発光素子100と、その発光素子が載置された支持基板104若しくは発光装置で、素子と載置部に透光性被覆膜を設ける製造方法は、半導体ウエハ、若しくは図５Ａに示すように発光素子表面の少なくとも一部に当たる２つの表面に被覆膜(11)を形成する工程と、その被覆膜11を改質して、表面の凹凸構造13（図示せず）を設ける工程とを備える。この凹凸構造の工程は下記絶縁性、光透過性への膜改質と同様な方法を用いることができ、すなわち、一旦、均質な膜を形成した後、それを改質することで凹凸構造を形成し、その際に絶縁性、透光性、を付与しても良い。通常、透光性被覆膜は、素子表面の少なくとも２つの面、素子と装置、支持基板の一部に設けられるため、絶縁性を備える。
以下は、上記被覆膜に対して、付加的に蛍光体層、透光性部材を有する発光装置の製造方法を例として説明する。上記所望形状に形成した被覆膜(11)表面に、蛍光体粒子を透光性被覆膜素子表面に堆積させ、蛍光体層20を形成する工程と、被覆膜(12)を透光性に改質する工程とを具備する。蛍光体層20形成工程は、具体的には、被覆膜を導電性の膜11として形成し、蛍光物質21を含む第一の溶液41中に、発光素子100を配置させる工程と、上記第一の溶液41中における電気泳動により、蛍光物質21を上記発光素子に堆積させる工程（図５Ｂ）と、を具備して、蛍光体層20が形成される。また、上記改質工程として具体的には、酸化雰囲気、例えば水蒸気雰囲気で加熱処理して、透光性膜12に改質させ、更には電気泳動時の導電性膜11を、絶縁性の膜12に改質させる。更に、蛍光体層に付加的に、樹脂などの透光性材料の透光性部材30を形成する工程を備えても良く、その工程について具体的には、前記蛍光体層が設けられた発光素子100を配置して、該蛍光体層の上に、透光性の材料を塗布、若しくは素子をその透光性材料を含む溶液42中に浸漬して、透光性部材の被覆膜を形成する（図５Ｃ）。また、蛍光体層中により深く含浸させる別の形態としては、透光性材料を主材料として含む第二の溶液42中に、上記蛍光物質が堆積された発光素子を配置させる工程と、上記第二の溶液42中における電気泳動により、上記蛍光物質の堆積物に、上記第二の溶液に含まれる透光性材料を含浸させる工程と、を具備するものがある。以下、各工程について詳しく説明する。
【００４２】
（被覆膜、透光性被覆膜の形成）
本実施形態の透光性被覆膜10は、被覆膜(11)の形成工程において、発光素子の少なくとも２面、発光素子と装置の一部を導電部材にて被覆し、後に続く蛍光体層の電着に用いることが好ましい。蛍光体層設けない、蛍光体層を電着しない場合には、非導電性の膜でも良く、酸化が可能な金属などの膜を形成して、それを酸化するなどで、透光性若しくは高い透光性を有する部材に改質させる工程を備えることが好ましい。
また、被覆膜とは別に、その上に電着用の導電性膜を設ける形態とすることもでき、例えば、導電性部材を形成後に、電気泳動沈着の電解液に導電部材の材料を溶解させる材料を含有させること、若しくは電着後に導電成膜を溶解液に浸漬させて溶解するなどして、除去しても良く、またその膜を透明化してその改質膜12を残すこともできる。
【００４３】
上記導電性膜の改質方法は、導電部材を溶解させてイオン化させたり、導電部材を加熱することにより、発光素子の光に対して透光性を有する膜12に改質させ、更に酸化物にしたりする工程を有することが好ましい。好ましくは、酸化処理して酸化物を生成することであり、これにより蛍光体層と良好な接着性、表面凹凸構造を有する透光性の下地膜12が形成できる。この酸化処理について、具体的には、図５Ｄに示すように酸素などの酸化雰囲気、水蒸気などの高湿雰囲気などの雰囲気45に晒して、加熱処理などの熱処理により、酸化物を生成できる。この時の条件としては特に限定されないが、他の部材、発光素子が変質等の悪影響が及ばない条件で形成されることが好ましく、例えば温度は、１００℃〜３００℃である。
【００４４】
蛍光体層20を電着する場合、導電性の被覆膜11の改質工程は、蛍光体層の電着後、更には、透光性部材を形成する前、若しくは上記透光性部材の電着後、に実施する。また、透光性被覆膜となる導電性膜が厚膜の場合は、溶解液などに浸漬させた後に、改質させると、好適に透明化、凹凸構造形成ができ、特に、厚膜で、上記処理だけでは改質されない部分が残るような場合には、この前処理が有効である。また、電着時の溶液（第一の溶液）でそれを兼ねることもできる。
なお、透光性被覆膜上に設ける電着用の導電部材が透光性であるとき、例えば、透光性導電部材の一種であるＩＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）であるときには、このような除去工程、改質工程は必要とされないが、蛍光体層の電着時の印加により、還元される場合があり、その時、膜が失透、若しくは黒化して、光透過率の低下、発光装置の光出力が低下する。その場合、この還元による失透、黒化から回復させるために熱処理して、再度透明化させる必要があり、そのような改質工程を要する。
【００４５】
（蛍光体層20の形成）
蛍光体層20は、上記電着工程では電解液により堆積させる。発光素子の表面に、導電性の被覆膜11を形成して、それを導通して堆積させることができる。後者は、下地の被覆膜が導電性の材料とされているときは、その導電性膜11、若しくはその架設部11bなどによりそれに導通する発光素子、支持体の配線層141、とそれに対向配置される電極70に電圧を印加することにより、帯電された蛍光物質を電気泳動させて発光素子100の第１の被覆膜（導電性）11上に堆積させることができる。後述の結着剤を添加せずに、蛍光体を堆積すると、図２，４に示すような蛍光体粒子が凝集した蛍光体層が形成される。
【００４６】
蛍光体層20は、上記電着の他、通常の塗布方法、例えば蛍光体と結着剤を有する蛍光体バインダを塗布、成膜する方法で成膜して形成しても良い。また蛍光体層とせず、発光素子、装置の封止部材中に蛍光体を含有させて、透光性被覆膜を覆う蛍光体含有の封止部材とすることもできる。
上記電着時に、蛍光体だけでも良く、結着剤を添加しても良い。結着剤は、具体的には、有機金属材料のゾル溶液に蛍光物質を含有させた第一の電解液を調製する。これにより、蛍光物質を帯電させる。ここで、本実施形態における有機金属材料のゾルは、電気泳動沈着の後、乾燥させてゲル化させることにより蛍光物質の結着材、すなわち接着部材として機能する。第一の溶液41に添加する接着部材となる透光性材料としては、金属アルコキシドが好適に利用され、具体的にはＡｌ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属から選択される元素を構成元素として含む有機金属材料である。このような金属アルコキシドを電解液に含むことにより、電解液に水分を含む従来の形成方法と比較して、水素ガスなどの気泡を発生させることなく、光学特性劣化を抑える形状の蛍光体含有の蛍光体層を形成させることができる。
【００４７】
（透光性部材、封止部材）
透光性被覆膜、蛍光体層の外側にそれらを覆う透光性部材を設ける場合、その部材として透光性の樹脂からなる層を形成することができる。透光性部材は、図９に示す発光装置の封止部材と同様な樹脂材料、部材の形成方法を用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂若しくはそれらの複合物など耐候性に優れた透光性樹脂を挙げることができ、その他に硝子をあげることができる。樹脂層を塗布して、例えば、スプレー塗布、ポッティング、スクリーン印刷などの方法を用いて、形成された樹脂層を硬化、例えば熱処理硬化、させる。この時、所望形状の樹脂層形成には、後述する枠体を用いて樹脂層を成型する方法を用いる。例えば、支持体上に載置される複数の発光素子を、１つ若しくは複数の発光素子に区画する方法を用い、樹脂層を成型する。
【００４８】
この時、蛍光体層が、蛍光体粒子の凝集体、多孔質であると、その粒子間、隙間に、樹脂を浸潤させて、蛍光体層が、蛍光体と透光性部材の複合的な層構造（複合領域24）とすることができる。この時、樹脂を含浸させて、さらに、蛍光体層よりも厚肉に透光性部材を設けると、その厚肉領域ないで、ある程度光が閉じ込められて、好適な光変換がなされ、好ましい。また、図５Ｃに示すように、蛍光体層を樹脂などに浸漬させて、それを取り出すことで、蛍光体層内、若しくはその表面の薄肉の透光性部材を設ける形態でも良い。
【００４９】
また、蛍光体層の電着と同様な電着方法により、透光性部材を形成することもできる。具体的には、有機金属材料を主な材料とする第二の溶液、例えば第一の溶液から蛍光体を排除した溶液、を調製する。蛍光体層の電着と同様にして、第二の電解液中における電気泳動沈着をする。なお、導電性部材に印加される電圧は、有機金属材料のゾル粒子の電荷と異なる電荷とする。これにより、上記蛍光体層形成工程において堆積された蛍光物質の堆積層の空洞に、第二の電解液に含まれる材料が含浸される。
【００５０】
上記透光性部材形成工程の後、発光素子を被覆する導電部材あるいはその導電部材への堆積物を自然乾燥あるいは加熱する。更に、被覆膜の改質、透光性及びそれに加えて絶縁性の被覆膜12の形成も同時に実施することができる。具体的には、高温の水蒸気を含む条件下、例えば温度１００℃以上で湿度８５％以上の高温高湿の条件下、で加熱することにより、電気泳動沈着後も残存している第一の溶液中の導電性部材の透光性への改質をさせることができる。また、蛍光体層、透光性部材の堆積物に含まれる余分な溶媒を除去し、更に蛍光体層、透光性部材にゾル溶液を用いる場合には、ゾル溶液のゲル化を促進させることにより蛍光体が結着され、発光素子に蛍光体層を形成することができる。その場合、本工程後、導電性部材は、発光素子の光を透過させ、素子、装置の駆動を阻害しない程度に、残存していてもよい。好適には、被覆膜11のほぼ全部を、透光性被覆膜とし、且つ絶縁膜とすることである。以上では、蛍光体層、透光性部材を形成する形態を主に説明したが、上記改質膜の処理工程は、被覆膜形成後、蛍光体層形成後に実施する。
【００５１】
以上により、装置若しくは支持基板の上に載置された発光素子における素子と装置、基板の一部に、若しくは、半導体ウエハ、粘着シート上の発光素子の少なくとも２つの異なる光取り出し表面に透光性被覆膜を形成することができる。ここで、発光素子、半導体ウエハに透光性被覆膜を形成する方法は、下記実施例１において詳しく説明し、装置、支持基板の上の発光素子に透光性被覆膜、蛍光体層を設ける方法について以下詳しく説明する。
【００５２】
（発光装置、配線構造）
本発明の発光装置の形態は、図７〜９に示すように、支持体104上に発光素子100が載置される形態、また、その支持体104の電極に電気的に接続された形態、を備える装置、図７（図１，２）に示すように支持体上の発光素子を封止した形態を備える発光装置202、図９に示すように、発光装置203の支持体となる載置部222にその支持体載置の素子を載置する形態、を備える装置、などがある。
図７（図１，２）に示す形態では、支持体104の上に、上記発光素子100に被覆部材1を有する素子被覆体103を載置させた素子積層体105の形態であり、それを発光装置201（図１，２：201A、図７：201B、図９201C）とすることも、それを備えた発光装置（例えば図８の構造）とすることもできる。支持体104表面に設けられた支持体の電極・導電体141が発光素子100の電極に対向し、各電極131,132が各極性の配線導体141a,141b、若しくはその上に設けられた電極143に電気的にそれぞれ接続するように、バンプ、半田などの導電性接着材170を介して、載置される。電極形成面以外の発光素子100露出表面、具体的には基板110の背面・側面と半導体構造120側面、には被覆部材1が設けられた素子被覆体103を備えている。
【００５３】
また、図７Ｂに示すように、１つの支持体104上に複数の発光素子100(103)を載置する発光装置201Cでは、回路は各発光素子を直列、並列とそれらを組合せること、逆並列として交流駆動させるなどの回路構造とすることができる。回路は、図７Ｂに示すように、支持体側に設けられた配線導体141により形成することができる。各発光素子100の透光性被覆膜、又はその外側に設けられる樹脂の透光性部材30の素子被覆体103の形態としては、素子間で共通の被覆部材とすることもでき、特に少なくとも被覆部材1は、各々素子に設けられ、相互に分離された形態、すなわち図示するように被覆部材1を有する素子被覆体103が支持体上に離間して配置される形態とする方が、発光むら、色むらを低く抑えることができ好ましい。
【００５４】
ここで、被覆部材1は、上記透光性被覆膜10を含み、付加的に蛍光体層20、透光性部材30を有した発光素子の被覆材料を示す。他方、被覆部材1及び／又は透光性部材30の一部を素子間で架設するように延在さること、特に、被覆部材1を素子間で分離して、樹脂被覆部材20を連結させる形態とすることもできる。この形態であれば、蛍光体の光変換部材を有する被覆部材1は、各発光素子で発光、色むらを抑えて形成され、発光装置全体では、複数の素子を覆うように一体的に設けられた透光性樹脂の被覆部材により、素子間の発光、色ばらつきを抑え、素子間の暗部の影響を連結部による光接続で小さくできる。また、素子間に配置される架設部の被覆部材1、透光性被覆膜10bを備えることで、その蛍光体層により、そこに到達する光、特に主発光観察側とは逆方向の支持体側に出射する光、例えば被覆部材1から露出された発光素子の光出射面からの光、を好適に光変換させる素子積層体、発光装置とすることもでき、また、複数の素子を搭載した素子積層体、発光装置に限らず、発光素子に近接して上記架設部と同様に被覆部材、第１の被覆膜を、支持体の載置表面上、発光装置の基体220・載置部222などに設けることができる。
【００５５】
図７Ａ，９に示す形態では、支持体の基材140上の接着層145に発光素子が接着されて、被覆部材1が設けられる様子を示し、支持体104から露出された領域、すなわち発光素子の一部を被覆する接着層145の実装側から露出した領域、具体的には基板110の裏面・側面と半導体構造120側面、には被覆部材1が設けられている。
図７Ａ，９に示す形態では、発光素子100（素子被覆体103）が載置される支持体104を、発光装置の基体としている。図７Ａでは発光素子が基体の凹部に載置され、基体の配線導体の配線層に素子が電気的に接続された形態であり、凹部の傾斜面に反射面となる反射膜が設けられ、また図示しないが凹部に封止部材230が設けられても良い。また図９では、発光素子100(103)を封止部材230で封止した構造を有する発光装置202を示すものであり、上記素子積層体を封止して、その素子積層体と封止部材とで発光装置筐体を形成する構造となっている。この例では、支持体104において、その基材140に設けられる配線導体141が、素子載置側で、素子をフリップチップ実装で導通させ、その基材対向面側で、外部取り出し電極143として設けられる構造となっている。このような発光装置202は、支持体104に導体配線による配線、回路構造を設けて、若しくはそのような配線基板を支持体に用いて、本発明の発光素子と電気的に接続して、封止し、支持体を各素子単位、複数の素子を備えた装置単位で分離することで、得られる。
【００５６】
図８に示す形態では、載置部222に、上述した被覆部材1を有する発光素子100（素子被覆体103）が支持体104に載置された素子積層体105、例えば図２に示す構造のもの、が搭載される発光装置203を示している。装置203の発光開口部（光取出窓部）側に素子被覆体103の被覆部材1側が配向され、その発光素子100表面、すなわち、載置面以外の発光素子表面、具体的には基板110の裏面・側面と半導体構造120側面、には被覆部材1が設けられている。
以上の各例のように、素子の透光性被覆膜上の透光性部材の外側に、更に装置の封止部材を設ける構造とすることで、被覆部材１と封止部材との光境界面が好適に結合され、装置の光特性に優れたものとできる。
【００５７】
図２，８に示す素子積層体103に用いられる支持体104は、図に示すように、基材として、各導電型140a,140bなどを有する半導体素子、若しくはバリスタとして供する電気回路を設けて、過電圧・電流、静電気などに対する保護素子、例えばツェナーダイオードを用いることもでき、この時、素子積層体103は各素子100と104とが接続された回路構造を有する。
図８，９に示す発光装置は、装置の基材若しくは筐体220に窓部となる開口部230が設けられ、反射壁223などを有する構造（図８）、封止部材の光学レンズ部231から主に取り出される構造（図９）、を有し、それらを組み合わせた窓構造とすることもできる。各発光装置の実装部は、装置の基体220、リード電極210、素子載置部の部材221のいずれか若しくはそれらを含む実装部を形成する構造（図８）、支持体に設けられた配線で外部電極143を形成する構造（図９）、支持体内の配線と接続する配線導体で外部電極143、発光素子の実装部を形成する構造（図７Ａ）とできる。また、素子100若しくは素子被覆体103又は素子積層体と、発光装置の載置部若しくは支持体とは、導電性接着部材170、素子実装面に対向する面側の接着層160（図１，２，７Ｂ）・電極143（図８）などを介して、固着並びに導通される形態でも、支持体の配線導体141若しくは電極143（図７Ｂ，８）にワイヤー250接続される形態でも、それらを組み合わせた形態（図８）でも良い。この導電性接着の材料としては半田、共晶材、などを用いることができる。図３，４Ａのような素子の電極形成面側を光取り出し側とする素子の実装形態は、通常、図８のように、ワイヤー250で装置の電極に接続される。このように、図４〜９の例では、支持体にフリップチップ実装して、基板側を主発光側としているが、これに限らず、電極形成面側、側面側を主発光側とする発光装置に用いることもできる。
発光素子を実装する支持体の材料は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＢＮ、Ｃ（ダイヤモンド）などが好ましい。より好ましくは、発光素子と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば、窒化物系半導体を材料とする発光素子に対して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が選択される。これにより、支持体と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。
【００５８】
（発光素子100）
本形態における発光素子100として、ＬＥＤチップについて説明する。ＬＥＤチップを構成する発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体により形成された半導体発光素子を挙げることができるが、蛍光物質を使用する場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。具体的には、図１〜４に観るように、基板110の上に、基板の材料、成長方法により省略可能な下地層121を介して、相互に異なる導電型の半導体層（第１導電型層122、第2導電型層124）と発光層123、基板側から符号の番号順に積層するなどして、発光構造を有する半導体構造を設けた構造などを用いることができる。
【００５９】
このようなＬＥＤチップは、基板110に半導体材料を積層させてチップ化したものである。窒化物半導体を積層させるための基板の材料として、例えば、サファイア、スピネルなどの絶縁性基板や、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯなどの導電性基板が好適に用いられる。
窒化物半導体を結晶性良く積層させることができるため、窒化物半導体を積層させるための絶縁性基板としてサファイア基板が好適に利用される。本形態にかかる形成方法は、このような絶縁性基板を有する発光素子に対しても好適に利用される。さらに、本形態にかかる導電部材として、基板に対して密着性がよい金属材料が選択される。例えば、サファイア基板に対する導電部材として、アルミニウムが選択され、本発明の透光性被覆膜として酸化アルミニウムが選択される。
【００６０】
また、本形態にかかる発光素子は、半導体を基板に積層させてなる上述の発光素子の他、窒化物半導体を、銅およびタングステンを含む導電性の支持基板に接合させた発光素子とすることもできる。
発光素子の基板の側面は、発光素子の光取り出し効率を考慮して傾斜面とされることがある。本発明の素子の透光性被覆膜は、そのような傾斜面に対しても好適に被覆でき、また蛍光体層においては、電気泳動沈着による形成方法により、ポッティングや印刷など他の形成方法と比較して、このような傾斜面にも均一な膜厚で蛍光体層を形成することができる。このような傾斜面を有する発光素子について、フリップチップ実装される場合は、支持体に対して、傾斜面が上（発光観測側）を向くように、即ち支持体の発光素子搭載面の反対側に向くように、配置されることが好ましい、また、そのような半導体層側面の傾斜面を備えても良い。これにより、傾斜面に配置される導電部材が上記電極の方向に向けられるため、側面が傾斜されていない発光素子と比較して、発光素子の側面方向への蛍光物質の電気泳動、堆積が効率よく行われる。
半導体素子、半導体ウエハの保護膜としては、特に限定されないが、アルミニウム、ケイ素などの酸化物、窒化物、ニオブ酸化物、など、またそれらの複合物など、従来知られた材料を用いることができる。
【００６１】
（蛍光体21）
蛍光体は、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質であり、蛍光体層、被覆部材はそれを含有する部材であり、発光装置の封止部材に含有されても良い。蛍光体を含有する蛍光体層は、レンズのような光学部材に配置させたり、光ファイバの先端に配置させたりすることもできる。このような蛍光体層は、蛍光物質で構成されることが好ましく、付加的にその蛍光物質を固着させるための結着材を有しても良い。また、蛍光体層の発光素子、装置への固定を強化させるため、あるいは外部環境から保護するため、電気泳動沈着により形成された蛍光体層は、上述したように、透光性部材、封止部材など、材料としてはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂やガラスなど、他の透光性材料でもって被覆されている構造が好ましい。
【００６２】
蛍光物質は、発光素子の光を変換させるものであり、発光素子からの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。発光素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）が好適に用いられる。特に、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。
本実施形態における蛍光体は、電解液中を電気泳動しやすい形状および大きさとされていることが好ましい。特に、電解液中での電気泳動について、蛍光体の形状は、ほぼ球形の粒子状とされていることが好ましい。また、蛍光体粒子表面に、表面被覆膜を設けるなどの表面処理により、粒子表面、粒子被覆膜の帯電を利用することもできる。なお、蛍光体粒子の粒径としては、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。
【００６３】
（透光性被覆膜と蛍光体層）
また、透光性被覆膜、蛍光体層には、各機能を失わない程度に、他の材料、例えば光拡散剤、などを混入させることもできる。透光性被覆膜と、蛍光体層の充填部材は、例えば酸化処理したアルミニウム導電膜とアルミナゾルの添加物など、同種の材料・組成物であってもよく、異なる材料であっても良い。異なる材料の場合には、異種材料間の接着強度が問題となるため、適宜材料を選択する。また、屈折率差がある場合には、透光性被覆膜を第２の被覆膜より屈折率が高くなるように設けることで、低くする場合に比して光取り出しが向上し好ましい。各膜の寸法は特に限定されないが、膜厚５ｎｍ〜１０μｍ程度、透光性被覆膜として具体的には、比較的均質な膜を形成するために膜厚２０ｎｍ以上程度、１μｍ以下程度とする。蛍光体層は、蛍光体粒子の粒径以上とし、例えば膜厚０．１〜１０μｍ程度とする。透光性被覆膜としては、下記実施例の酸化アルミニウムの他、酸化ケイ素、酸化チタンなどが挙げられる。
【００６４】
透光性被覆膜の表面凹凸構造13は、下記実施例で示すように、膜厚の１０％程度の凹凸が設けられ、これに限定されないが、具体例として、膜厚の５〜２０％の凹凸（凸部高さ、凹部深さ、若しくは凸部頂部と凹部底部との高低差）を設ける。例えば、実施例と同様にして、透光性被覆膜を単体のサファイア基板上に形成して、それを目視で観察すると、白濁した半透明の膜として観察され、このことから、凹凸表面側からの光が反射されることが分かる。また、凹凸のピッチは特に限定されないが、透光性被覆膜の屈折率ｎに対して、具体的にはλ／４ｎ（λは発光波長）以上、例えば０．１μｍ〜５μｍ程度とする。
【００６５】
基板と透光性被覆膜とは、下記実施例に示すように、同一の組成、材料であることが好ましく、実施例のサファイア基板と酸化アルミニウム膜のように、同一組成であると、透光性被覆膜との好適な光結合がなされる。このとき、第１，２実施形態で説明したように、基板の少なくとも一つの面、好ましくは２つの面、更に好ましくは基板の側面が覆われることで、その主要な光取り出し表面が被覆されて、素子の光特性を向上させることができる。このように同一組成、同一材料であることで、屈折率を略同一、若しくは屈折率差を極めて小さくすることができ、これにより、素子と被覆膜との界面での光反射を低く抑えて、被覆膜からの光取り出しを向上させることができる。
【００６６】
［実施例１］
図３は、本実施例における発光素子100の模式的な断面図である。本実施例の発光素子100は、窒化ガリウム系半導体を材料として形成された発光素子100と、その表面の一部を覆う透光性被覆膜10を備えた発光素子である。図６は、本実施例の発光装置の製造方法における各工程を示す模式的な断面図であり、以下、本実施例の発光素子の形成方法について説明する。
【００６７】
本実施例の発光素子は、絶縁性の透光性基板110であるサファイア基板に窒化ガリウム系半導体を積層させた半導体構造120を有するＬＥＤチップ100である。
先ず、サファイア基板のウエハの上に、窒化ガリウム系半導体を積層させて半導体構造を形成し、その半導体ウエハで、積層した第１導電型層のｎ型層をエッチングにより露出させ、その露出部の一部、第２導電型層のｐ型層、にそれぞれｎ電極（Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ）、ｐ電極（ＩＴＯ／Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ）を設ける。ｐ電極は、透光性電極のＩＴＯ膜の一部に、パッド電極のＴｉ／Ｒｈ／Ａｕが設けられる。更に、半導体構造の露出面に、ＳｉＯ２の保護膜（500nm）を設ける。このようにして得られる半導体ウエハは、図２に示すような発光素子が連なった構造となる。
【００６８】
この電極、保護膜が設けられた半導体ウエハの表面（半導体層側）に、スパッタにて７５nmのＡｌで、導電膜を形成する。続いて、そのＡｌ導電膜を有する半導体ウエハを、反応炉内の１２０℃、湿度８５％の条件下にて、１２時間放置することにより、非透光性であるＡｌ導電膜のアルミニウムを、透光性酸化物である酸化アルミニウムとなる酸化処理を施し、透光性被覆膜を形成する。得られる酸化アルミニウムは、膜厚が７８nm〜８７nmぐらいの範囲で分布している凹凸構造を有し、半導体層の上面側、側面側で同様な膜厚、凹凸構造、膜質のものが得られる。また、この透光性被覆膜の結晶は、断面をＴＥＭで観察すると、多結晶の結晶質を有し、一部に非晶質のものが観られるものとなる。
【００６９】
最後に、上記保護膜、透光性被覆膜の一部をエッチングして膜の一部を開口し、図に観るように、電極上面の一部を露出させ、半導体ウエハから素子を切り出して、発光素子（発光波長４６５ｎｍ）が得られる。ここで、この例では、ＧａＮは屈折率２．４、ＳｉＯ２は屈折率が約１．４であり、酸化アルミニウムは約１．７であるため、屈折率の関係が、ＧａＮ＞保護膜＜透光性被覆膜、であるが、また発光装置に搭載した場合に、その封止樹脂の屈折率は約１．４となるため、屈折率分布が単純な減少とならないため、屈折率分布による光取り出し向上は見込めないが、凹凸構造による光の回折、散乱による光取り出し効率、配光性が改善されうる。
【００７０】
次に、上記保護膜に代えて、ＳｉＮ（屈折率２．０）として、透光性被覆膜より屈折率を大きくすると、保護膜＞透光性被覆膜、の好適な屈折率分布が成され、更に、ＧａＮと屈折率差の小さい、酸化ニオブ、酸化タンタル、などとすると、更に好ましい。これにより、素子側の保護膜より、透光性被覆膜の屈折率が小さくなり、光取り出しに良好な素子側表面と透光性被覆膜との界面が形成される。
上記例では、半導体ウエハに透光性被覆膜を設けたが、半導体ウエハを発光素子に分離した後で、透光性被覆膜を設ける例を説明する。図６に示すように、上述した支持基板に代えて、一時的に発光素子を被着、保持する支持体を用い、具体的には、半導体素子ウエハを接着するウエハシートを用いることができる。これに限らず、基材140に発光素子チップを接着可能な接着層145を有する支持体104、またそれらが、伸長、折り曲げ可能な基材140、接着層145の改質及びそれによるチップ剥離が容易な部材であると更に好ましい。
【００７１】
図６は、その製造工程の一例を示す模式断面図であり、発光素子100が支持体104に被着され、具体的には、支持体の接着層145に発光素子の一部表面が覆われて固着されている。このような被着形態は、上記実施形態のように、発光装置の基体に実装若しくは基体となる実装用の支持体に載置する場合と同様に、発光素子ウエハから素子チップを個々に搬送して、被着させることもできる。この例では、好ましくは、ウエハシートと同様に、上記半導体ウエハを支持体に被着させ、支持体上のウエハを素子チップ100単位に割断、分離して、図６に示す形態とする。更には、その割断、分離され支持体104に担持された発光素子ウエハを、別の支持体に転写する形態とすることもでき、所望の素子表面に被覆膜を設けることができる。
【００７２】
これにより、個々の素子チップの搬送、及び実装する方法では、その工程が煩雑となり、製造時間、設備を要し、量産性に劣ること、更に、実装精度が、上記素子ウエハの形態に比べて、極めて低いことなどが挙げられ、また半導体ウエハ状で保持されて製造できるため、半導体製造プロセスが利用できる。また、このようにして得られる各素子の素子被覆体103を、発光装置に搭載させて利用することもでき、透光性部材などにより、素子単位で封止された発光装置（素子被覆体103）として用いることもできる。
以上のように、上記例と同様に保護膜135まで設けた半導体ウエハを、支持体104上（粘着層145）に被着させて、ウエハを押し割り、支持体上で素子分離された半導体ウエハとし、支持体を伸長させて、素子間隔を広げて、上記例と同様に、図６に示すように、Ａｌ導電膜を形成して、その酸化処理を施して、透光性被覆膜を形成する。このようにして得られる発光素子は、図４に示すように、半導体層120の上面と側面、透光性基板110の側面を覆う被覆膜1とでき、光出力の大きい取り出し部である素子側面を覆う膜とできる。
またこの例では、素子の実装面（基板裏面）以外の表面を覆うため、図４に示すように、第２の膜として、蛍光体層20、透光性部材30（点線部）を形成することもできる。
【００７３】
［実施例２］
図２は、本実施例における発光装置200の模式的な断面図である。本実施例の発光装置200は、窒化ガリウム系半導体を材料として形成された発光素子100と、透光性被覆膜10と、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の蛍光体層20と、その蛍光体層に一部含浸して被覆する透光性部材30と、備えた発光装置である。図５Ａから図５Ｄは、本実施例の発光装置の製造方法における各工程を示す模式的な断面図である。以下、本実施例の発光装置の形成方法について説明する。
【００７４】
本実施例の発光素子は、上記実施例１同様であり、図５Ａに示されるように、ＬＥＤチップ100をサブマウントにフリップチップ実装する。すなわち、支持基板に施された導体配線に発光素子の正電極および負電極を、それぞれＡｕバンプで接合する。本実施例のＬＥＤチップ100は、同一の支持基板に複数のＬＥＤチップが実装される。
【００７５】
図５Ａに示すように、ＬＥＤチップ100を被覆する導電性部材11を形成させるため、実施例１と同様な条件でアルミニウムをスパッタで形成して、Ａｌ導電膜を形成する。このＡｌ導電膜はＬＥＤチップ100のサファイア基板110の裏面（第２主面）および半導体の側面側露出部分を被覆するように形成する。なお、この導電膜は、支持基板の上にも形成されており、支持基板の上の導電膜は、ＬＥＤチップ100を被覆する導電膜に電気的に接続している。
第一の電解液として、有機溶剤としてイソプロピルアルコール（９３重量％）と、帯電剤として硝酸マグネシウム（１重量％）と、蛍光物質としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（５重量％）と、を含有させたものを調製し、図５Ｂに示すように、第一の電解液中に、ＬＥＤチップが実装された支持基板を配置して、支持基板の導体配線に電圧を印加することにより、ＬＥＤチップ100上に蛍光体を電気泳動沈着させる。本実施例におけるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、平均粒径が３μｍであり、屈折率が１．８である。印加する電圧は、１００Ｖとし、電気泳動の時間は、１分間として、透光性被覆膜の上に、膜厚が約２０μｍの蛍光体層が形成される。
【００７６】
続いて、図５Ｃに示すように、１つの発光素子に区画された枠体の内部に、シリコーン樹脂を充填して、樹脂層を形成することで、一部が蛍光体層内に注入されて、蛍光体層が樹脂との複合的な領域となる。続いて、高温の水蒸気下にてＡｌ導電膜を酸化処理して、透光性化する。すなわち、反応炉内の１２０℃、湿度８５％の条件下にて、Ａｌ導電膜を１２時間放置することにより、非透光性であるＡｌ導電膜のアルミニウムを、透光性酸化物である酸化アルミニウムにする。
最後に、所望の大きさにサブマウントの基板を分割して個片化することにより、図３に示される発光装置200を得ることができる。同一のサブマウントの基板に複数の発光素子を実装して分割することにより、略同じ蛍光体層を有する発光装置を一度に大量に形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる発光素子及びその装置を示す断面概略図。
【図２】本発明の一実施形態にかかる発光素子及びその装置を示す断面概略図。
【図３】本発明の一実施形態にかかる発光素子を示す断面概略図。
【図４】本発明の一実施形態にかかる発光素子を示す断面概略図。
【図５Ａ】本発明の一実施例にかかる発光装置の製造方法を示す断面概略図。
【図５Ｂ】本発明の一実施例にかかる発光装置の製造方法を示す断面概略図。
【図５Ｃ】本発明の一実施例にかかる発光装置の製造方法を示す断面概略図。
【図５Ｄ】本発明の一実施例にかかる発光装置の製造方法を示す断面概略図。
【図６】本発明の一実施形態にかかる発光装置の製造方法を示す断面概略図。
【図７Ａ】本発明の一実施形態にかかる発光装置を示す断面概略図。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態にかかる発光装置を示す断面概略図。
【図８】本発明の一実施形態にかかる発光装置を示す断面概略図。
【図９】本発明の一実施形態にかかる発光装置を示す断面概略図。
【符号の説明】
【００７８】
1：被覆部材、10：透光性被覆膜，11：導電性膜，12：改質膜（透光性・絶縁性）、（10a〜12a：素子被覆部，10b〜12b：延在部・架設部・配線連結部，10c〜12c：区画部・枠体部，10d(20d)：反射部）、
13：凹凸構造、20：蛍光体層，21：蛍光体粒子，24：含浸領域（混在部）、30：透光性部材、41：第２の溶液，42：第２の溶液，45：改質雰囲気、50：区画部，51：枠体，60：マスク，70：電極、
100：発光素子，103：素子被覆体（発光素子と被覆部材）、104：支持基板，140：基材・基体，141：配線導体， 143：電極，144：配線部，145：粘着層、105：素子積層体、
110：基板、120：半導体構造，121：下地層，122：第１導電型層，123：発光層，124：第２導電型層，131：第１電極（第１導電型層側），132：第２電極（第２導電型層側）（132a：全面（透明）電極，132b：パッド電極），135：絶縁保護膜、
160：接着部材・電極層，170：接着部材、200〜203：発光装置，210：リード電極，220：基体・筐体（発光装置），230：封止部材，231：レンズ部，250：ワイヤー
【図１】
2008300580.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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