JP7405662B2

JP7405662B2 - 発光装置

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Publication number: JP7405662B2
Application number: JP2020052946A
Authority: JP
Inventors: 恭太郎小池; 吉鎬梁; 光範原田; 俊哉井出; 泰司小谷; 聡二大和田; 憲安藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2023-12-26
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP2021153117A; US11545473B2; US20210305216A1

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を含む発光装置に関する。

従来から、所定の波長を有する光、すなわち所定の色の光を放出する発光素子と、当該光源からの光の波長を変換する波長変換体とを組み合わせた発光装置が知られている（例えば特許文献１など）。

特開2010-219324号公報

発光素子を用いる発光装置においては、発光素子から出射された光が高い割合で発光装置から出射すること、すなわち光取り出し効率が高いことが求められる。また、発光装置においては、光が出射する光出射面内において光強度の落ち込みが少なく、光出射面内において光出力が均一であることが求められる。複数の発光素子を並置して１つの発光装置を形成する場合、発光素子間の領域での光強度の落ち込みが発生することが問題の１つのとして上げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高い光取り出し効率を実現しかつ、光取り出し面内での光強度の均一性が高い発光装置を提供することを目的としている。

本発明による発光装置は、実装基板と、前記実装基板上に配された支持基板及び前記支持基板上に形成されかつ発光層を含む半導体構造層を各々が含む複数の発光素子と、前記発光素子の上方において前記複数の発光素子を覆い、かつ前記発光層から出射される光を波長変換する波長変換部材と、前記波長変換部材の下面を覆いかつ前記支持基板上において前記半導体構造層を覆う透光性部材と、前記複数の発光素子の間に充填された光反射性の粒子を含む樹脂材からなる樹脂部材と、を有し、前記透光性部材は、前記複数の発光素子の間の領域において、前記波長変換部材と前記樹脂部との間に、前記支持基板の上面と前記波長変換部材の下面との間の距離よりも小さい一定膜厚の薄膜部分を有することを特徴とする。

本発明の実施例１に係る発光装置の構成を示す斜視図である。実施例１に係る発光装置の上面図である。実施例１に係る発光装置の断面図である。変形例に係る発光装置の断面図である。実施例２に係る発光装置の上面図である。実施例２に係る発光装置の断面図である。

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本発明の実施例１に係る半導体発光装置（以下、単に発光装置とも称する）１０の構成を示す斜視図である。図１に示すように、半導体発光装置１０は、実装基板１１上に実装された２つの発光素子２０を含んで構成されている。

実装基板１１は、実装面１１Ｓを有し、実装面１１Ｓに垂直な方向から見た平面形状が長方形の平板状の基板である。実装基板１１には、例えば、ＡｌＮ、アルミナ等の絶縁性の基板が用いられる。本実施例において、実装基板１１は、例えば約５００μｍの厚さを有している。

ｎ側給電パッド１３は、実装面１１Ｓ上に形成された平面形状が矩形の金属の配線電極パターンである。ｎ側給電パッド１３は、実装面１１Ｓ上に、実装面１１Ｓの１の辺に沿った方向において２つ並置されておりかつ互いに離隔している。すなわち、２つのｎ側給電パッド１３は、実装面１１Ｓの１の辺に沿った方向に配列されている。本実施例においてｎ側給電パッド１３の各々は、ｎ側給電パッド１３の各辺が実装面１１Ｓの各辺と平行となるように配向されている。ｎ側給電パッド１３は、例えば実装基板１１を貫通するスルーホール（図示せず）を介して、実装基板１１の下面を経由して外部の電源に接続可能に形成されている。

２つの発光素子２０は、実装基板１１の実装面１１Ｓ上に設けられている。２つの発光素子２０の各々は、ｎ側給電パッド１３の各々の上に配されている。
発光素子は、支持基板１５及び前記支持基板上に形成されかつ発光層を含む半導体構造層を備えている。

発光素子２０各々の支持基板１５は、平面形状が矩形の平板状の基板である。支持基板１５は、Ｓｉ基板等の導電性を有する基板である。例えば、支持基板１５の平面形状は、ｎ側給電パッド１３の平面形状とほぼ同一である。本実施例において、支持基板１５は、例えば、約１２０μｍの厚さを有している。支持基板１５の各々は、実装面１１Ｓと対向する下面に、当該下面を覆うように形成された金属膜である裏面電極１７を有している。裏面電極１７がｎ側給電パッド１３と導電性の接合材（図示せず）を介して接合されることで、支持基板１５が実装基板１１と接合されている。

給電電極１９は、支持基板１５の各々の、裏面電極１７が形成されている面の反対側の面、すなわち上面に設けられた金属の電極である。給電電極１９は、支持基板１５の上面において、ｎ側給電パッド１３の配列方向、すなわち発光素子２０の配列方向に沿った１つの辺に沿って伸張している。具体的には、例えば、給電電極１９は、ｎ側給電パッド１３の配列方向に沿って伸張した長方形の平面形状を有している。例えば、給電電極１９の各々は、支持基板１５の上面に形成された絶縁層（図示せず）によって支持基板１５と絶縁されている。

半導体構造層としての半導体積層体２１は、青色光を出射する活性層を含む複数の半導体層からなる積層構造体である。半導体積層体２１は、支持基板１５の各々の上面に設けられている。本実施例において、半導体積層体２１は、約５μｍの厚さを有している。半導体積層体２１は、支持基板１５上において給電電極１９と離隔して形成されている。例えば、半導体積層体２１は矩形の平面形状を有し、当該矩形の各辺が支持基板１５の上面の各辺に平行となるように配置されている。

半導体積層体２１は、金属の接合層（図示せず）を介して支持基板１５に貼り合わせられている。例えば、当該金属の接合層は、支持基板１５の上面において互いに離隔しておりかつ電気的に絶縁されている２つの層からなっている。２つの層の一方は支持基板１５と電気的に接続されており、他方は給電電極１９に電気的に接続され、支持基板１５とは、例えば、支持基板１５の上面に形成された絶縁層によって電気的に絶縁されている。

より詳細には、半導体積層体２１は、支持基板１５側から、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層がこの順に積層されて構成されている。活性層から出射される出射光の波長は、半導体積層体２１の材料及び組成に応じた波長となる。半導体積層体２１の上面が光出射面となる。

例えば、ｐ型半導体層は、ＭｇドープＧａＮ層である。活性層（発光層）は、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造を有する半導体層である。ｎ型半導体層は、例えばＳｉドープＧａＮ層である。例えば、当該活性層からは、約４５０ｎｍの波長の青色光が出射される。

半導体積層体２１のｐ型半導体層は、Ｐ型素子側電極を介して上記した接合層のうち支持基板１５と絶縁されている接合層とのみ電気的に接続され、給電電極１９と電気的に接続されている。半導体積層体２１のｎ型半導体層は、例えば、活性層及びｐ型半導体層を貫通するように形成されたＮ型素子側電極を介して、支持基板１５と電気的に接続されている接合層とのみ電気的に接続されている。すなわち、半導体積層体２１には、支持基板１５の裏面と給電電極１９とを介して電力が供給される。

以下、発光素子２０は、上述した支持基板１５、裏面電極１７、給電電極１９、及び半導体積層体２１を含んで構成されるものとする。半導体積層体２１は、例えば、成長基板（図示せず）上に成長された活性層を含む複数の半導体層を接合層を介して支持基板１５に接合し、レーザーリフトオフ等により成長基板を除去して形成されたものであってもよい。つまり、発光素子２０は、いわゆるシンフィルム（Thin-film）型の貼り合わせ構造を有する上面発光タイプの素子であってもよい。半導体積層体２１の上面が、発光素子２０の光出射面となる。

ｐ側給電パッド２３は、実装面１１Ｓ上に形成された平面形状が長方形の金属の配線電極パターンである。ｐ側給電パッド２３は、実装基板１１の実装面１１Ｓ上において、給電電極１９の各々に沿うように２つ形成されている。すなわち、ｐ側給電パッド２３は、実装面１１Ｓ上において、ｎ側給電パッド１３の配列方向と同じ方向において２つ並置されておりかつ互いに離隔している。ｐ側給電パッド２３は、例えば実装基板１１を貫通するスルーホール（図示せず）を介して外部の電源に接続可能に形成されている。

ｐ側給電パッド２３の各々と給電電極１９の各々とは、ボンディングワイヤ２４を介して接続されている。すなわち、発光装置１０は、ｎ側給電パッド１３及びｐ側給電パッド２３を介して、半導体積層体２１に発光装置１０の外部からの電力が供給されるように構成されている。

波長変換部材２５は、２つの発光素子２０上に亘って、２つの発光素子２０の配列方向に沿って延在している直方体形状を有する部材である。すなわち、波長変換部材２５は、２つの発光素子２０の上方において当該２つの発光素子２０を覆っている。波長変換部材２５は、例えば、蛍光材料を焼結したセラミックプレートである。本実施例において、例えば、蛍光体粒子が波長変換部材２５中に均一に含まれている。

波長変換部材２５は、透光性の接着材（図示せず）によって、発光素子２０上の半導体積層体２１の上面に接着されている。波長変換部材２５の上面２５Ｔが、半導体発光装置１０の光取り出し面となる。以下、上面２５Ｔを光取り出し面２５Ｔとも称する。

本実施例において、例えば、波長変換部材２５は、アルミナとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）蛍光体を高温焼成して作製されたセラミックプレートである。例えば、本実施例に用いられるセラミックプレートは、屈折率ｎ１＝１．８である。なお、波長変換部材２５は、例えばＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体等の蛍光体粒子を含有する樹脂層、光変換ナノ粒子を含有する透明体などであってもよい。

上記のような蛍光体粒子は、例えば、青色の光によって励起されて黄色蛍光を発する。例えば、発光素子２０の光出射面から出射された青色光が蛍光体粒子を含む波長変換部材２５に導入されると、当該青色光と蛍光体粒子からの蛍光との混色によって、半導体発光装置１０の光取り出し面２５Ｔから、白色光が取り出される。

周壁体２７は、実装基板１１の実装面１１Ｓ上に配されている枠体である。なお、発光素子２０の形状を明確にするために、図１において本来ならば周壁体２７によって隠れているはずの発光素子２０の部分を実線で示し、周壁体２７の輪郭を破線で示している。

周壁体２７は、実装基板１１の実装面１１Ｓの周縁に沿って形成され、実装面１１Ｓ上において２つの発光素子２０及び波長変換部材２５を囲んでいる。周壁体２７は例えば、ＡｌＮ、アルミナ等の基板を枠型加工したり、ＡｌＮ、アルミナを枠型に成型したりして形成される。本実施例においては、周壁体２７の実装面１１Ｓからの高さを、実装面１１Ｓから光取り出し面２５Ｔまでの高さと同一にした。

樹脂部材または反射部材としての被覆体２９は、実装面１１Ｓ上において周壁体２７の内側に充填されている。言い換えれば、被覆体２９は、基板１１上において、発光素子２０及び波長変換部材２５の外側の領域でありかつ周壁体２７に囲まれた領域に配されている。なお、発光素子２０の形状を明確にするために、図１において本来ならば被覆体２９によって隠れているはずの発光素子２０の部分を実線で示し、被覆体２９の輪郭を破線で示している。被覆体２９は、発光素子２０及び波長変換部材２５の側面を覆うように形成されている。また、被覆体２９は、光取り出し面２５Ｔを露出する開口部２９ＯＰを有するように形成されている。

被覆体２９は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛またはアルミナ等の光反射性を有する酸化物の粒子（以下、被覆体粒子とも称する）がシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂内に分散している材料によって形成される。

例えば、被覆体２９は、光反射性を有する粒子を含む熱硬化性樹脂を周壁体２７内に、光取り出し面２５Ｔ上に熱硬化性樹脂が達しない程度の量だけ充填し、その後、樹脂を熱硬化することで形成され得る。

発光装置１０においては、波長変換部材２５の上面２５Ｔの外縁と開口部２９ＯＰの縁とが一致していることが好ましい。本実施例において、被覆体２９の上面の開口部２９ＯＰ及び波長変換部材２５の上面２５Ｔによって、半導体発光装置１０の光取出し面が画定されている。

また、被覆体２９によって、発光素子２０、ｐ側給電パッド２３及びボンディングワイヤ２４が、実装基板１１上において埋設されている。従って、被覆体２９は、半導体発光装置１０の封止材としても機能し得る。

図２は、半導体発光装置１０の上面図である。図２に示すように、実装基板１１は、上面視において長方形の形状を有している。上述したように、実装基板１１の上には矩形枠状の周壁体２７が設けられている。実装基板１１の実装面１１Ｓ上には、周壁体２７に囲まれて、矩形形状の支持基板１５を有する２つの発光素子２０が実装基板１１の長手方向に沿って配列されて実装されている。

図２に示すように、本実施例において、波長変換部材２５は、上面視において、波長変換部材２５の輪郭、すなわち波長変換部材２５の上面２５Ｔの輪郭の各辺が、２つの発光素子２０の半導体積層体２１（図中一点鎖線で示す）の輪郭に沿うように形成されている。言い換えれば、波長変換部材２５の上面２５Ｔは、上面視において半導体積層体２１の各々の輪郭に沿っている。さらに言い換えれば、波長変換部材２５の上面２５Ｔの輪郭は、２つの半導体積層体２１が配置されている領域の輪郭とほぼ一致しているかやや大きくなっている。また、上述したように、波長変換部材２５の上面２５Ｔは、その輪郭が開口部２９ＯＰの輪郭と一致している。

図３は、図２の半導体発光装置１０を３－３線に沿って切断した断面図である。上述したように、実装基板１１の実装面１１Ｓ上に、支持基板１５が裏面電極１７及びｎ側給電パッド１３を介して配置されている。上述したように、半導体積層体２１は、支持基板１５の上面に、導電性の接合層（図示せず）を介して接合されている。

本実施例において、隣り合う発光素子２０の間の間隔、すなわち隣り合う発光素子２０の支持基板１５同士の間隔は、例えば、約８０μｍである。

透光性部材としての接着層３１は、半導体積層体２１の上面及び側面を覆うように形成されている。すなわち、接着層３１は、支持基板１５上において半導体積層体２１を覆っている。接着層３１は、発光素子２０から出射される光に対して透過性を有する透光性の接着材を熱硬化等の手法で硬化させること形成されている。また、接着層３１は、波長変換部材２５よりも屈折率が小さい材料で形成されている。

例えば、接着層３１は、シリコーン樹脂（屈折率ｎ２＝１．４）等の、波長変換部材２５よりも屈折率の小さい透光性樹脂で形成されている。また、接着層３１は、波長変換部材２５の下面２５Ｕを覆っている。すなわち、波長変換部材２５は、接着層３１を介して半導体積層体２１の上面に接着されている。

接着層３１は、波長変換部材２５の下面２５Ｕの全面を覆うように形成されている。すなわち、接着層３１は、波長変換部材２５の下面２５Ｕのうち発光素子２０の各々と対向している領域のみならず、隣り合う発光素子２０の間隙部分に面した領域ＡＲ１（図中一点鎖線で囲まれた領域）においても下面２５Ｕを覆っている。領域ＡＲ１は、複数の発光素子の間の領域であるともいえる。

また、領域ＡＲ１において、接着層３１の厚さが略一定な薄膜部分である薄膜部３１Ａが形成されている。すなわち、接着層３１は、複数の発光素子の間の領域において、波長変換部材２５と被覆体２９との間に厚さが略一定、すなわち一定膜厚の薄膜部３１Ａを有している。一定厚みである薄膜部３１Ａは、領域ＡＲ１の幅である隣り合う素子の向かい合う端部同士の間の幅Ｗ１、言い換えれば支持基板１５同士の間の幅Ｗ１における中央部に形成されている。一定厚みの薄膜部３１Ａの幅Ｗ２は、領域ＡＲ１の幅Ｗ１の５０％以上であることが好ましく、領域ＡＲ１の幅Ｗ１の８５％以上であることがさらに好ましい。

また、薄膜部３１Ａの厚みは、支持基板１５と波長変換部材２５との間の領域のうちの半導体積層体２１が存在する領域ＡＲ２（図中一点鎖線で囲まれた領域）における接着層３１の厚みよりも小さい、すなわち半導体積層体２１の上面と波長変換部材２５の下面との距離よりも小さいことが好ましい。具体的には、薄膜部３１Ａの厚みは、半導体積層体２１が存在する領域ＡＲ２における接着層３１の厚みの１／２以下であることが好ましい。つまり、薄膜部３１Ａの厚みは、半導体積層体２１の上面と波長変換部材２５の下面２５Ｕとの間隔の１／２以下であることが好ましい。

本実施例において、薄膜部３１Ａの厚みは、０．１～３μｍであり、０．１～１．５μｍであることが好ましい。また、例えば、本実施例において、領域ＡＲ２における接着層の厚みは１～６μｍである。このように、薄膜部３１Ａの厚みが支持基板の上面と波長変換部材の下面との間の距離よりも小さい、または、領域ＡＲ２における接着層３１の厚みより小さいため、光の減衰を抑制することができる。

薄膜部３１Ａの領域の膜厚が厚い場合には、発光素子側への光導波路として機能してしまい、波長変換部材２５と被覆体２９との間で多重反射を生じてしまい光が減衰してしまうためである。なお、薄膜部３１Ａの厚みについては、領域ＡＲ２における接着層３１の厚みの１／１０程度の誤差が許容される。

接着層３１は、発光素子２０の各々上に接着層３１の前駆体である熱硬化性を有する樹脂材を塗布またはポッティングし、その上に波長変換部材２５を載置した後に当該樹脂材を熱硬化することで形成され得る。発光素子２０上に塗布またはポッティングされた樹脂材は、波長変換部材２５を載置した際に、波長変換部材２５の下面２５Ｕにおいて領域ＡＲ１を覆うように濡れ拡がる。この濡れ広がりにより、領域ＡＲ１を覆う薄膜部３１Ａが形成される。

接着層３１の前駆体である樹脂材には、熱引き改善やチクソ性付与を目的として各種粒子を混合することができる。その場合にも、粒子のサイズは粒径１００ｎｍ以下とし、光散乱機能を抑制することが好ましい。例えば、樹脂材が支持基板側面へ垂れるのを抑制するために、粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカナノフィラーを添加し粘性を調整することができる。

ｎ側下面電極３２は、実装基板１１の下面の、ｎ側給電パッド１３が形成されている領域と対抗する領域に形成されている金属電極である。ｎ側給電パッド１３とｎ側下面電極３２とは、実装基板１１を貫通するスルーホール（図示せず）を介して互いに電気的に接続されている。

図３に示すように、被覆体２９は、波長変換部材２５側面全体を覆っている。すなわち、被覆体２９の上面は、周壁体２７（図１及び図２参照）の内側面の上端から波長変換部材２５の光取り出し面２５Ｔの端部に亘って形成されている。また、被覆体２９は、隣り合う発光素子２０の間の間隙を埋めるように充填されている。

上述のように、波長変換部材２５の下面２５Ｕは、領域ＡＲ１において接着層３１によって覆われている。従って、隣り合う発光素子２０の間の領域において、被覆体２９は、支持基板１５の側面、及び接着層３１の下面を覆うように形成されている。言い換えれば、被覆体２９は、波長変換部材２５の下面２５Ｕに接しないように形成されている。

上述のように、波長変換部材２５の下面２５Ｕと被覆体２９との間に、接着層３１が介在している。これにより、波長変換部材２５の下面２５Ｕから下方に向かういわゆる戻り光、具体的には、発光素子２０から出射した励起光により波長変換部材２５内において生じた蛍光及び波長変換部材２５内で反射された励起光は、互いに隣接する発光素子２０の間の領域において被覆体２９と波長変換部材２５との界面に達する。

上述のように、発光装置１０において、接着層３１は波長変換部材２５よりも光屈折率が低いため、戻り光の少なくとも一部は、接着層３１と波長変換部材２５との間の界面で全反射されて上方に向かう。

言い換えれば、接着層３１と波長変換部材２５との界面において、全反射が発生することで、隣り合う発光素子２０の間の領域で被覆体２９に達する戻り光が減少する。これに対し、接着層３１が介在せずに波長変換部材２５から下方に向かう光が直接被覆体２９に達すると戻り光は散乱されるかまたは吸収されてしまう。従って、戻り光を接着層３１と波長変換部材２５との界面で全反射させ、被覆体２９に達する戻り光を減少させることで、発光装置１０の光取り出し面２５Ｔから出射する光を増やし、光取り出し効率を高めることが可能である。

また、隣り合う発光素子２０の間の領域での戻り光の吸収が減少させられるので、隣り合う発光素子２０の間の領域からの出射光の減少を低減することができる。従って、発光素子２０の直上の領域と隣り合う発光素子２０の間の領域とで光取り出し面２５Ｔから出射する光の強度の差を少なくすることができ、光取り出し面２５Ｔから出射する光強度の均一性を高めることが可能である。

図３においては、隣接する発光素子２０の間において、接着層３１と被覆体２９との界面３１Ｓは、一方の発光素子２０の支持基板１５の上面の外縁から他方の発光素子２０の支持基板１５の上面の外縁に達するように示されている。すなわち、界面３１Ｓが支持基板１５の外縁から形成されているように示されている。界面３１Ｓが一方の発光素子２０の支持基板１５の上面の外縁から他方の発光素子２０の支持基板１５の上面の外縁をつなぐよう形成されることにより、界面３１Ｓの形状安定性を高めることができ、これにより薄膜部３１Ａの形状安定性を高めることができる。

しかし、界面３１Ｓは、例えば、発光素子２０と波長変換部材２５とを接着する際に発光素子２０上に塗布する接着層３１の前駆体である樹脂材の量または波長変換部材２５の下面２５Ｕの表面粗さによってその態様が変化し得る。

例えば、図４に示す様に、界面３１Ｓが支持基板１５の上面の外縁よりも内側の部分から形成されるようにしてもよい。言い換えれば、支持基板１５の上面の一部が被覆体２９によって覆われていてもよい。すなわち、被覆体２９は、支持基板１５の上面の隣り合う発光素子２０に面した端部から半導体積層体２１に向かって延在し、支持基板１５の上面の一部を覆っていてもよい。さらに言い換えれば、薄膜部３１Ａが、上述した複数の発光素子の間の領域ＡＲ１よりも外側に延在していてもよい。つまり、略一定膜厚の薄膜部３１Ａの幅は、領域ＡＲ１の幅よりも大きくすることもできる。

発光装置１０において、支持基板１５がＳｉである場合等、上記戻り光に対する光吸収率が被覆体２９より支持基板１５の方が大きい場合が多い。そのため、図４に示すように、支持基板１５の上面を被覆体２９で覆うような構成とすることで、光取り出し効率を高めることが可能である。

また、界面３１Ｓが支持基板１５の側面から形成されていてもよい。すなわち、接着層３１が支持基板１５の側面の上部を一部覆っていてもよい。しかし、界面３１Ｓがあまりにも側面の下方に形成されてしまうと、界面３１Ｓと支持基板１５の側面との間で、すなわち被覆体２９と支持基板１５の側面との間で、接着層３１に進入した戻り光が多重反射してしまう。そのため、接着層３１は、支持基板１５の側面まで達していないことが好ましい。

本実施例の発光装置１０においては、波長変換部材２５の下面２５Ｕに接着層３１の接着材が濡れ拡がるようになっているため、上述した波長変換部材２５の接着時に接着材が支持基板１５の側面に垂れて側面を覆うことを防止するかまたはその覆う程度を低減することが可能となる。すなわち、発光装置１０においては、波長変換部材２５の下面２５Ｕに接着層３１の接着材が濡れ拡がるようになっているため、接着層３１が支持基板１５の側面にまで延在することを防止することが可能である。

従って、実施例１の発光装置１０においては、接着層３１が支持基板１５の側面にまで垂れるように延在することを防止すること、または接着層３１が支持基板１５の側面にまで垂れるように延在する程度を低減することができる。これにより、被覆体２９と支持基板１５の側面との間で戻り光が多重反射してしまうことによる光取り出し効率の低下及び光取り出し面２５Ｔにおける発光強度の均一性の低下を防止することが可能となる。

上述のように、界面３１Ｓは発光素子２０上に塗布する接着層３１の前駆体である樹脂材の量または波長変換部材２５の下面２５Ｕの表面粗さによってその態様が変化し得ると説明した。すなわち、隣り合う発光素子２０の間の領域における接着層３１の形状は、波長変換部材２５の下面２５Ｕの表面粗さによって変化し得る。

例えば、波長変換部材２５が上記したアルミナとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）蛍光体を高温焼成して作製された蛍光体セラミックスからなる場合、無加工（表面粗さＲａ０．２３７μｍ）であっても図３または図４のような一定厚みの薄膜部３１Ａを備えた接着層３１の形状が得られた、すなわち界面３１Ｓが支持基板１５の外縁または支持基板１５の上面から形成された。

また、例えば、波長変換部材２５が同様の蛍光体セラミックスからなる場合、下面２５Ｕをウェットエッチングした場合（表面粗さＲａ０．１４７μｍ）や、規則的にダイシングした場合（表面粗さＲａ０．５００μｍ）でも、図３または図４のような接着層３１の形状が得られた、すなわち界面３１Ｓが支持基板１５の外縁または支持基板１５の上面から形成された。

波長変換部材２５の下面２５Ｕを完全鏡面とした際の下面２５Ｕの表面積である鏡面表面積を基準とし、（実際の表面積／鏡面表面積）×１００を表面積比（％）とすると、波長変換部材２５の下面２５Ｕの表面積比は、１０５％以上１５０％以下であることが好ましく、１１０％以上１５０％以下であることがさらに好ましい。波長変換部材２５の下面２５Ｕの表面積比は、波長変換部材２５製造条件、表面処理条件、例えば、ウェットエッチング条件、ダイシング条件を調整することで、１０５％以上１５０％以下とすることができる。

界面３１Ｓが支持基板１５の外縁または支持基板１５の上面から形成されるようにするためには、波長変換部材２５の下面２５Ｕの表面積比が１０５％以上であるのが好ましく、１１０％以上がさらに好ましい。また、表面積比が大きくなりすぎると、接着層３１を形成する際に必要となる接着材の塗布量が増加する故に、表面積比は１５０％以下であるのが好ましい。言い換えれば、発光装置１０において、波長変換部材２５の下面２５Ｕが鏡面である場合の表面積に対する下面２５Ｕの実際の表面積の割合、すなわち表面積比が１５０％以下であることが好ましい。

以下に、本願の実施例２の発光装置について説明する。

図５は、本願の実施例２の発光装置１０Ａは、波長変換部材の下面において表面粗さが異なる部分が形成されている点で、実施例１の発光装置１０とは異なっている。なお、波長変換部材の下面以外の点は実施例１の発光装置１０と同様であるので、説明は省略する。

発光装置１０Ａの波長変換部材４１の下面には、隣り合う発光素子２０の間の領域、すなわち隣り合う発光素子２０の間隙部分に面した領域ＡＲ３（一点鎖線で囲まれた領域）において、発光素子２０の配列方向に沿って伸張する複数の溝４１Ｖが形成されている。すなわち、複数の溝４１Ｖは、隣り合う発光素子２０の一方から他方に向かう方向に沿って伸びる溝である。領域ＡＲ３は、複数の発光素子の間の領域であるともいえる。例えば、複数の溝４１Ｖの各々は、隣接する２つの発光素子の中心を結ぶ線と平行に形成されている。また、例えば、複数の溝４１Ｖの各々は、発光素子２０の平面形状の辺のうちの２つの発光素子２０の配列方向に沿った辺に平行に形成されている。

また、この複数の溝４１Ｖは、発光素子２０の配列方向とは垂直な方向に配列されている。複数の溝４１Ｖは、例えば、ダイシングブレードによる切削加工またはレーザ加工によって形成され得る。溝４１Ｖは、例えば深さが数μｍである短冊状の溝である。
発光装置１０Ａにおいても、領域ＡＲ３において、接着層３１の厚さが略一定な薄膜部３１Ａが形成されている。
一定厚みである薄膜部３１Ａは、領域ＡＲ３の幅Ｗ３における中央部に形成されている。一定厚みの薄膜部３１Ａの幅Ｗ４は、領域ＡＲ３の幅Ｗ３の５０％以上であることが好ましく、幅Ｗ３の８５％以上であることがさらに好ましい
また、薄膜部３１Ａの厚みは、支持基板１５と波長変換部材２５との間の領域のうちの半導体積層体２１が存在する領域ＡＲ４における接着層３１の厚みの１／２以下であることが好ましい。つまり、薄膜部３１Ａの厚みは、半導体積層体２１の上面と波長変換部材４１の下面４１Ｕとの間隔の１／２以下であることが好ましい。

本実施例において、薄膜部３１Ａの厚みは、０．１～３μｍであり、０．１～１．５μｍであることが好ましい。また、例えば、本実施例において、半導体積層体２１上面と波長変換部材４１の下面４１Ｕとの間の接着層３１の厚みは１～６μｍである。このように、薄膜部３１Ａの厚みが支持基板の上面と波長変換部材の下面との間の距離よりも小さい、または、領域ＡＲ４における接着層３１の厚みより小さいため、光の減衰を抑制することができる。

薄膜部３１Ａの領域の膜厚が厚い場合には、発光素子側への光導波路として機能してしまい、波長変換部材４１と被覆体２９との間で多重反射を生じてしまい光が減衰してしまうためである。なお、薄膜部３１Ａの厚みについては、領域ＡＲ４における接着層３１の厚みの１／１０程度の誤差が許容される。

図６に、図５の６－６線に沿った断面図を示す。図５に示すように、複数の溝４１Ｖは、波長変換部材４１の下面４１Ｕのうちの隣り合う発光素子２０の間の領域ＡＲ３、すなわち接着層３１が一定厚みである薄膜部３１Ａに対応する領域に形成されている。言い換えれば、複数の溝４１Ｖは、波長変換部材２５の下面の、隣接する２つの発光素子間の領域に対向する領域に形成されている。

このように、実施例２の発光装置１０Ａにおいては、波長変換部材４１の下面４１Ｕの隣り合う発光素子２０の間の領域ＡＲ３に複数の溝４１Ｖを形成している。このようにすることで、発光素子２０上に波長変換部材４１を載置して波長変換部材４１を発光素子２０に接着する際に、接着層３１の前駆体である接着材が波長変換部材４１の下面４１Ｕの領域ＡＲ３において濡れ拡がり易くなる。

この濡れ拡がり易さは、例えば、領域ＡＲ３に溝４１Ｖを形成することで、領域ＡＲ３の方が他の部分より表面粗さが大きく濡れ性が高くなることによる。言い換えれば、波長変換部材２５の下面の、隣接する２つの発光素子間の領域に対向する領域は、他の領域よりも表面粗さが大きく、濡れ性が高くなっている。また、この濡れ拡がり易さは、例えば、溝４１Ｖによる毛細管現象が発生して、溝４１Ｖに沿って接着材が拡がっていくことによる。このように、領域ＡＲ３に溝４１Ｖを形成することで、例えば、薄膜部３１Ａの形成をより容易にかつより確実にすることが可能となる。

また、接着材が領域ＡＲ３において濡れ拡がりやすくなることにより、発光素子２０上に塗布またはポッティングされた接着材が、支持基板１５の上面の領域ＡＲ３近傍の領域から下面４１Ｕの領域ＡＲ３に移動し易くなる。これにより、実施例１の説明において上述した図４のような構造、すなわちＡＲ２の近傍の支持基板１５の上面が被覆体２９によって覆われる構造が形成されやすくなり得る。

また、接着材が領域ＡＲ３において濡れ拡がりやすくなることにより、発光素子２０上に塗布またはポッティングされた接着材が、支持基板１５の上面の領域ＡＲ３近傍の領域から下面４１Ｕの領域ＡＲ３に移動し易くなる。これにより、支持基板１５の上面に塗布またはポッティングされた接着材が支持基板１５の側面に垂れるように拡がることを防止することが可能となる。

すなわち、実施例２の発光装置１０Ａにおいては、波長変換部材４１の下面４１Ｕの領域ＡＲ３において他の領域よりも接着材がさらに濡れ拡がるようになっているため、上述した波長変換部材２５の接着時に接着材が支持基板１５の側面に垂れて側面を覆う可能性を低減することが可能となる。

すなわち、発光装置１０Ａにおいては、波長変換部材４１の下面４１Ｕの領域ＡＲ３において他の領域よりもの接着材が濡れ拡がるようになっているため、接着層３１が支持基板１５の側面にまで垂れるように延在することを防止することが可能である。

従って発光装置１０においてと同様に、実施例２の発光装置１０Ａにおいては、領域ＡＲ３において、接着層３１が波長変換部材４１の下面４１Ｕを覆うような構造とすることで、被覆体２９に達する戻り光の量を低減させ、光取り出し効率の低下及び光取り出し面２５Ｔにおける発光強度の均一性の低下を防止することが可能となる。

従って、発光装置１０においてと同様に、実施例２の発光装置１０Ａにおいては、接着層３１が支持基板１５の側面にまで垂れるように延在することを防止すること、または接着層３１が支持基板１５の側面にまで垂れるように延在する程度を低減することができる。これにより、被覆体２９と支持基板１５との間で戻り光が多重反射してしまうことによる光取り出し効率の低下及び光取り出し面２５Ｔにおける発光強度の均一性の低下を防止することが可能となる。
また、波長変換部材４１の下面４１Ｕにおいて溝４１Ｖを形成することにより薄膜部３１Ａを確実に、かつ、安定したサイズで形成することができる。

波長変換部材４１の下面４１Ｕにおける溝４１Ｖは、少なくとも領域ＡＲ３の幅Ｗ３における中央部に形成されている。波長変換部材４１の下面４１Ｕにおける溝４１Ｖの長さは、幅Ｗ３の５０％以上形成されることが好ましい。また、波長変換部材４１の下面４１Ｕにおける溝４１Ｖの長さは、幅Ｗ３以上に形成されていてもよい。

上記実施例２の説明において、波長変換部材４１の下面４１Ｕにおける溝４１Ｖは、発光素子の配列方向に沿った一方向に形成された好ましい形態で説明したが、該方向に交差する方向に形成された溝を含むものであってもよい。

なお、上記実施例２の説明においては、領域ＡＲ３に溝４１Ｖを形成する場合を例に説明したが、領域ＡＲ３において他の部分より接着層３１の前駆体である接着材が濡れ拡がりやすくなっていればよい。従って、例えば、波長変換部材４１の下面４１Ｕにおいて領域ＡＲ３が他の領域よりも表面粗さが大きくなっていればよい。

表面粗さを粗くする加工としては、上記したダイシングブレードによる切削加工及びレーザによる加工の他、例えばウェットエッチング等のエッチングを行ってもよい。また、例えば、下面４１Ｕの領域ＡＲ３以外の領域の濡れ性を下げる加工をしても良い。例えば、下面４１Ｕの領域ＡＲ３以外の領域を研磨して表面粗さを低下させることとしてもよい。また、例えば、下面４１Ｕの領域ＡＲ３以外の領域をコーティングして濡れ性または表面粗さを低下させることとしてもよい。

また、領域ＡＲ１及び領域ＡＲ３において、接着層３１が波長変換部材２５、４１の下面２５Ｕ、４１Ｕの全面を完全に覆っていなくともよい。例えば、領域ＡＲ１及び領域ＡＲ３において、波長変換部材２５、４１の下面２５Ｕ、４１Ｕが部分的に接着層３１から露出していてもよい。その場合でも、接着層３１が下面２５Ｕ、４１Ｕを覆っている部分においては、接着層３１と波長変換部材２５、４１と界面で全反射が発生し、光取り出し効率及び光取り出し面における発光強度の均一性を向上させることが可能である。

上述の実施例において、波長変換部材２５及び４１は、セラミックプレートからなる場合を説明したが、波長変換部材２５及び４１は他の材料から形成されていてもよい。例えば、波長変換部材２５及び４１は、ガラス製の支持体の表面に蛍光体を含む薄膜が形成されたものから構成されていてもよい。また、波長変換部材２５は、ガラス製の基材内に数ミクロン～十数ミクロンの蛍光体粒子を分散させて形成されたものから構成されていてもよい。この場合、波長変換部材２５及び４１の下面２５Ｕは、上述のセラミックプレートと同様の表面粗さを有するように加工されていてもよい。

また、上述の実施例において、発光装置１０、１０Ａにおいて、実装基板１１上に発光素子２０を一列に２つ配列する場合を例に説明したが、発光素子２０は、一列に３つ以上配列されていても良い。

例えば、発光素子２０は、実装基板１１上に一列に４つ配列されていてもよい。また、発光素子２０は、実装基板１１上において２列以上で配列されていてもよい。その場合、上記した下面２５Ｕ、４１Ｕの隣接する発光素子間の領域に対向する領域に、領域ＡＲ１、ＡＲ３と同様の領域が形成され得る。それにより、当該領域において波長変換部材２５、４１と接着層３１との界面における全反射が発生することで、光取り出し効率及び光取り出し面における発光強度の均一性を向上させることが可能である。

上述した実施例における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜変更可能である。

１０、１０Ａ発光装置
１１実装基板
１１Ｓ実装面
１３ｎ側給電パッド
１５支持基板
１７裏面電極
１９給電電極
２０発光素子
２１半導体積層体
２３ｐ側給電パッド
２５波長変換部材
２５Ｔ光取り出し面
２７周壁体
２９被覆体
３１接着層
３１Ａ薄膜部分
ＡＲ１領域
ＡＲ２領域
ＡＲ３領域

Claims

実装基板と、
前記実装基板上に配された支持基板及び前記支持基板上に形成されかつ発光層を含む半導体構造層を各々が含む複数の発光素子と、
前記発光素子の上方において前記複数の発光素子を覆い、かつ前記発光層から出射される光を波長変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材の下面を覆いかつ前記支持基板上において前記半導体構造層を覆う透光性部材と、
前記複数の発光素子の間に充填された光反射性の粒子を含む樹脂材からなる樹脂部材と、を有し、
前記透光性部材は、前記複数の発光素子の間の領域において、前記波長変換部材と前記樹脂部材との間に、前記支持基板の上面と前記波長変換部材の下面との間の距離よりも小さい一定膜厚の薄膜部分を有することを特徴とする発光装置。
前記薄膜部分の厚さは、前記発光素子の上面と前記波長変換部材の下面との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記樹脂部材は、前記支持基板の上面において、１の発光素子の隣り合う発光素子に面した端部から前記半導体構造層に向かって延在し、前記支持基板の上面の一部を覆ってい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。
前記波長変換部材の下面の前記複数の発光素子の間の領域に対向する１の領域は、他の領域よりも表面粗さが粗いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光装置。
前記波長変換部材の下面には、隣接する２つの前記発光素子間の領域に対向する領域に複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光装置。
前記複数の溝は、隣接する２つの前記発光素子の中心を結ぶ線と平行に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
前記波長変換部材の下面は、前記波長変換部材の下面が鏡面である場合を１００％とした表面積比が１０５％以上１５０％以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の発光装置。