JP2005251929A - 半導体発光モジュール、照明装置、画像表示装置および半導体発光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤ素子から出射された光を高い効率で取り出すことが可能な半導体発光モジュール、これを備える照明装置および半導体発光モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】 反射部２００は、ＬＥＤベアチップ１５０が載置された部分を中心とする開口部２００ｈを有しており、開口部２００ｈの側壁２００ａは、基板１００の厚み方向（図面における上下方向）に対して角度を有しており、図の上方に向けて開いた形状となり光学反射面としての機能を有する。また、開口部２００ｈを臨む反射部２００の側面２００ａの下方には、これに連続して凸部２００ｂが形成されている。
反射部２００における凸部２００ｂは、基板１００の凹部１００ｈの内方に没入された状態となっており、基板１００における表面上には、側壁２００ａが存在する位置関係を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体発光モジュール、照明装置、画像表示装置および半導体発光モジュールの製造方法に関する。

発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、白熱電球、ハロゲン電球等と比べて発光効率および寿命等の観点から優位性を有し、信号灯をはじめとする表示装置に用いられており、また、照明装置としても用いられつつある。ＬＥＤは単体では光束が小さいので、照明装置として用いる場合には、ベアチップ状のＬＥＤ（以下、「ＬＥＤベアチップ」という。）を基板上に複数個実装してモジュール化して用いる形態がとられる（例えば、特許文献１）。ＬＥＤモジュールの構成について、図８を参酌しながら説明する。

図８（ａ）に示すように、ＬＥＤモジュールは、金属層および絶縁層等が積層されてなる金属ベース基板６００をベースとし、その上に反射部７００およびレンズ部８００が積層された構成を有している。図８（ａ）に示す従来例のＬＥＤモジュールにおいては、８行８列の合計６４箇所の発光部６００ａが形成されている。この発光部６００ａの各々において、ＬＥＤベアチップ６５０（図８（ｂ）を参照。）を備えている。

図８（ｂ）には、上記図８（ａ）の要部断面図であって、便宜状、レンズ部８００を除外した状態のＬＥＤモジュールを示している。図８（ｂ）に示すように、金属ベース基板６００の表面に露出した導電ランド６０７ａ、６０７ｂには、ＬＥＤベアチップ６５０のアノード電極、カソード電極がバンプ９００によって接続されている。また、金属ベース基板６００上には、上述のように反射部７００が間に接着層７５０を介した状態で接合されている。反射部７００における発光部６００ａに該当する各部分は、開口部７００ａが設けられており、この開口部７００ａを介してＬＥＤベアチップ６５０からの光が取り出し可能となっている。
特開２００３−１２４５２８号公報

しかしながら、ＬＥＤを照明装置用として用いる場合には、より一層の発光効率が求められるのに対して、上記図８（ｂ）に示すような構造を有するＬＥＤモジュールの光取り出し効率の向上が求められている。即ち、ＬＥＤベアチップ６５０は積層構造を有し、実際に光を出射する発光層（活性層）が積層方向の中間に位置し、出射される光の一部は、この発光層から基板６００の表面に沿った方向へと出射されるのであるが、基板６００の表面に沿った方向に出射された光の内の一部が接着層７５０に吸収されてしまう。これによって、従来のＬＥＤモジュールでは、光取り出し効率という観点から改良の余地を有していた。

本発明は、上記課題を解決しようとなされたものであって、ＬＥＤ素子から出射された光を高い効率で取り出すことが可能な半導体発光モジュール、これを備える照明装置および半導体発光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光モジュール（以下、単に「モジュール」という。）は、次のような特徴を有する。
（１）基板の一方の主面上に、発光層を含む積層構造を有し当該発光層から光を出射する半導体発光素子と、出射された光を基板の厚み方向における外方に向け反射する光学反射面を有する反射部とが実装され、基板を平面視するときに光学反射面が半導体発光素子の近傍領域に配されてなるモジュールであって、反射部における光学反射面は、基板の厚み方向において、少なくとも半導体発光素子における発光層の形成領域を包含する範囲に形成されていることを特徴とする。

（２）上記（１）に係るモジュールにおいて、光学反射面は、基板の厚み方向において、少なくとも半導体発光素子の実装領域を包含する範囲に形成されていることを特徴とする。
（３）上記（２）に係るモジュールにおいて、基板の反射部が実装される領域には、基板の厚み方向における内方に向けて凹部が形成されており、反射部には、光学反射面の近傍領域であって、且つ、基板の表面に対向する側に基板の凹部に対応する凸部が形成されており、当該凸部が基板の凹部に対して侵入した状態にあることを特徴とする。

（４）上記（３）に係るモジュールにおいて、基板の厚み方向において、半導体発光素子が実装されてなる領域の表面を基準面とするとき、凹部は、基準面よりも基板の内方に入り込んだ状態にあることを特徴とする。
（５）上記（４）に係るモジュールにおいて、反射部は、基板の厚み方向において、基準面よりも基板の内方にまで光学反射面が形成されていることを特徴とする。

（６）上記（３）〜（５）に係るモジュールにおいて、基板の厚み方向における一方の主面から内方に向けて開口面積が漸減する状態に形成されていることを特徴とする。
（７）上記（３）〜（６）の何れかに係るモジュールにおいて、反射部における凸部は、基板の凹部に対して相似形状を有することを特徴とする。
（８）上記（１）〜（７）に係るモジュールにおいて、反射部は、基板表面に対して、絶縁性を有する接合層を介して接合されていることを特徴とする。

（９）上記（８）の何れかに係るモジュールにおいて、接合層における少なくとも半導体発光素子の側に面する領域には、光反射性物質が含まれていることを特徴とする。ここで、具体的に用いることができる光反射性物質としては、例えば、ＴｉＯ₂、アルミナなどをあげることができる。
（１０）上記（１）〜（９）の何れかに係るモジュールにいて、半導体発光素子は、基板における一方の主面上の導電ランドフリップチップ実装されていることを特徴とする。

なお、上記（１）〜（１０）の何れかに係るモジュールにおいては、基板を、金属層と絶縁層とが積層されてなる金属ベースの積層体とし、半導体発光素子および反射部を、基板における絶縁層の側の表面に載置しておくことことが望ましい。
また、上記（１）〜（１０）の何れかに係るモジュールにおいて、反射部を、金属材料、樹脂材料あるいはセラミック材料から形成しておくことが望ましい。ただし、反射部は、半導体発光素子から出射された光をモジュール外へと効率よく反射するという機能を必要とするため、少なくとも光学的な反射面を形成しておく必要がある。例えば、樹脂材料を用いて反射部を形成するような場合には、光学反射面に相当する面にメッキ等を施すことが望ましい。

本発明に係る照明装置は、次のような特徴を有する。
（１１）上記（１）〜（１０）の何れかに係るモジュールを発光部として備えることを特徴とする。
また、本発明に係る画像表示装置は、次のような特徴を有する。
（１２）上記（１）〜（１０）の何れかに係るモジュールを画像表示部における発光源として備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係るモジュールの製造方法は、次のような特徴を有する。
（１３）本発明に係る（半導体発光）モジュールの製造方法は、金属層および絶縁層の積層構造を有し、少なくとも一方の主面に絶縁層が露出してなる基板に対し、絶縁層が露出してなる主面の一部領域にマスクを形成し（マスク形成ステップ）、マスクが形成されてなる基板の主面に対して、前記絶縁層の表面から厚み方向の内方に向けて開口面積が漸減する状態の凹部を形成し（凹部形成ステップ）、凹部形成後の基板からマスクを除去し、積層構造中に発光層を有してなる半導体発光素子を基板の表面における凹部の近傍に実装し（素子実装ステップ）、半導体発光素子が実装された基板に対して、凹部およびその近傍領域における表面に接着剤またはアンダーフィルを塗布し（塗布ステップ）、接着剤またはアンダーフィルが塗布された基板に対して、半導体発光素子が実装されてなる主面に対して、一方の主面に前記凹部に相対する形状を有する凸部と、半導体発光素子から出射された光を反射する光学反射面とが形成されてなる反射部を、凸部を前記凹部に侵入させて配置し、接合を図る（反射部接合ステップ）という各ステップを備え、反射部接合ステップの後において、反射部における光学反射面は、基板の厚み方向において、少なくとも半導体発光素子における発光層の形成領域を包含する範囲に位置することを特徴とする。

なお、上記（１３）に係るモジュールの製造方法において、エッチング法を用いて凹部を形成する場合には、基板として、金属層の上に少なくとも２層の絶縁層が形成されているとともに、凹部を形成しようとする側に存在する絶縁層と、その厚み方向の内方に隣接して存在する絶縁層との境界部分の凹部形成時にその底面となる領域にエッチングストッパ層が形成されているような形態のものを用いるようにすることが望ましい。このようにすることで、凹部形成後における凹部底面の平坦性および深さ方向の寸法精度が確保され、反射部を実装する際の寸法精度、特に基板の厚み方向の寸法精度の向上を図ることができる。特に、このモジュールの製造方法において、エッチングストッパ層を、金属材料から構成しておくことが望ましい。

また、エッチングストッパ層として用いる金属材料については、凹部形成ステップにおけるエッチング処理時にストッパとして機能するものであれば種類に限定を受けるものではないが、基板に形成される配線層を構成する金属材料と同一とすれば、基板形成時に予めエッチングストッパ層も形成することができるので、製造コスト面から有利となる。
また、上記（１３）に係るモジュールの製造方法において、反射部を、金属材料から構成し、２段プレス法を用いて凸部と光学反射面とを形成することが望ましい。具体的には、メス型とオス型との間に金属板を挟みこみ、両型間にプレス圧力をかけることで、金属板に開口部を設け、次に、上記のオス型よりも大きなサイズであってテーパー形状を有する第２のオス型で再度開口部を打ち抜くことで、反射部における光学反射面および凸部の形成ができる。

あるいは、上記（１３）に係るモジュールの製造方法において、粉状または粒状のセラミック材料を型枠内に充填し、加熱処理を施すことにより反射部を形成する方法を採用することもできる。
さらに、上記（１３）に係るモジュールの製造方法において、樹脂材料を型枠を用い、光学反射面に相当する部分に対して表面メッキを施すことにより反射部を形成するという方法を採用することもできる。

（１４）上記（１３）に係るモジュールの製造方法において、素子実装ステップでは、フリップチップ実装法を用いて、半導体発光素子の実装を図ることを特徴とする。

上記（１）に係るモジュールにおいては、基板の厚み方向において、反射部における光学反射面が、少なくとも半導体発光素子における発光層が形成されてなる範囲を包含する状態で形成されているので、当該モジュールでは、半導体発光素子から出射された光を高い効率でモジュール外へと取り出すことができる。即ち、基板表面に実装された半導体発光素子からは、駆動時において、接合面を除く各方向に光が出射されることになり、この出射された光が反射部が実装された領域へと進むことになる。上記図８に示す従来のモジュールでは、出射された光の内多くの部分が接着層に吸収されてしまい、光学反射面で反射されモジュールの外方へと取り出される光の割合が小さく、低い光取り出し効率しか有し得なかった。これに対して、本発明に係るモジュールでは、反射部における光学反射面を、基板の厚み方向において、発光層の形成領域の範囲内を包含する状態に形成することとしたので、出射された光が確実に反射部における光学反射面でモジュールの外方側へと反射され、少ないロスでモジュール外へと反射される。よって、本発明に係るモジュールでは、高い光取り出し効率が得られる。

また、本発明に係る照明装置および画像表示装置については、上記（１１）および（１２）のように、上記光取り出し効率が高いモジュールを各々発光部および発光源として備えるので、高い効率が確保される。
また、上記（１３）のように、本発明に係るモジュールの製造方法では、凹部形成ステップで絶縁層の表面から厚み方向の内方に向けて開口面積が漸減する状態の凹部を形成し、反射部接合ステップで、凹部が形成された基板に対して、凹部に凸部を侵入させるようにして反射部を実装するが、ここで、実装後の反射部と半導体発光素子とが基板の厚み方向において、少なくとも半導体発光素子における発光層が形成されてなる領域を包含する範囲となるように実装を実施する。よって、上述のように、上記図８に示す従来のモジュールよりも高い光取り出し効率を有するモジュールを確実且つ容易に製造することができる。

本発明を実施するための形態について、照明装置１を一例に以下で説明する。なお、照明装置１については、本発明の構成上の特徴および作用・効果を説明するために一例として用いるものであって、本発明はこれに限定を受けるものではない。
（実施の形態）
１．照明装置１の構成
先ず、本実施の形態に係る照明装置１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、照明装置１の構成を示すための斜視図であり、便宜上、構成の一部を切り欠いた状態で図示している。

図１に示すように、照明装置１は、従来から一般に用いられてきた白熱電球の代替を想定したものであって、円錐台形状をしたケース２０の一方に口金３０、もう一方にシェード４０が設けられている。また、ケース２０におけるシェード４０が設けられた側のベース面２０ａ上には、カード型のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）モジュール１０が取り付けられている。

ＬＥＤモジュール１０は、ベース面２０ａ上に設けられたモジュール用ソケット（不図示）を介して取り付けられている。また、ＬＥＤモジュール１０への電力供給に関しても、ケース内の点灯回路（不図示）からモジュール用ソケットを介して行われる構成となっている。
なお、本実施の形態に係る照明装置１では、１ユニットのＬＥＤモジュール１０を備える構成としているが、必要とされる光量等を考慮し、２ユニット以上のＬＥＤモジュール１０を備えることにしてもよい。

口金３０は、一般的な白熱電球との互換性をもたせるために、Ｅ２６タイプあるいはＥ１７タイプが用いられている。
２．ＬＥＤモジュール１０の構成
次に、上記図１に示す照明装置１に備えられるＬＥＤモジュール１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、説明の便宜上、ＬＥＤモジュール１０を構成する部品の内、レンズ部３００を外したところを示す展開斜視図である。

図２に示すように、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０は、金属層１０１（図３（ｂ）に図示。）と絶縁層１０２、１０３、１０４（図３（ｂ）に図示。）との積層構造を有する基板１００と、この上に接合された反射部２００および上述のレンズ部３００とから構成されている。この内、基板１００は、図２のＺ方向下側に金属層（例えば、アルミニウム。）が配され、その上に複数の絶縁層が積層され構成されている。基板１００のＺ方向上側表面（絶縁層の側の表面）におけるＸ方向左側には、当該ＬＥＤモジュール１０への電力供給のための接続端子１００ａ、１００ｂが形成されている。この両接続端子１００ａ、１００ｂについては、絶縁層と絶縁層との界面部分に形成されたパターン配線（図２では、不図示。）の所望の領域に対してコンタクトプラグ等で接続されている。ここでいうコンタクトプラグとは、コンタクトホールにタングステン（Ｗ）等の導電材料を埋め込んだ状態のものを言う。

また、基板１００における一方の主面には、８行８列のマトリクス状にＬＥＤベアチップ１５０が実装されている。なお、ＬＥＤベアチップ１５０については、これを樹脂材料で封入して形成した樹脂封入体として実装しておくこととしてもよい。そして、各ＬＥＤベアチップ１５０は、絶縁層間に設けられたパターン配線によって直列接続されており、回路の各端部が上記接続端子１００ａ、１００ｂに接続されている。

基板１００におけるＬＥＤベアチップ１５０が実装された側の表面には、このＬＥＤベアチップ１５０がＺ方向上方に露出するように、各々の個所に開口部２００ｈが設けられてなる反射部２００が接合されている。反射部２００における開口部２００ｈの側壁は、ＬＥＤベアチップ１５０から出射された光を高い効率で外方へと取り出し可能なように、各々が擂り鉢形状を有して形成されており、また、その表面も光の反射効率の向上を図るために反射率の高い材料が用いられている。具体的には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の板材、樹脂材料で全体形状を形成しておきその表面を反射率の高い物質で被覆したもの、あるいは、セラミック等の材料を用いて形成されている。ここで、反射部２００の開口部２００ｈの各々の内部においては、上述のようにＬＥＤベアチップ１５０が収納された構成となっているが、この各々の窪み部分に蛍光体層を形成することとしてもよい。

レンズ部３００は、例えば、透光性を有し、モールドによる一体成形が可能な樹脂材料や、ガラス材料等から構成されており、反射部２００の各開口部２００ｈに対応する箇所、即ち、各ＬＥＤベアチップ１５０が載置された箇所に対応して、Ｚ方向上方に向けてドーム状に凸部が形成されている。この各凸部は、凸レンズの機能を果たすものである。なお、図２には示していないが、反射部２００における各開口部２００ｈ内は、樹脂材料が充填されており、ＬＥＤベアチップ１５０が封止された構成を有する。ここで、封止のための樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂やオレフィン系樹脂などを用いることができる。

なお、図２においては便宜状省略しているが、基板１００における各側端面は、ＬＥＤモジュール１０の使用中等において、金属層と絶縁層との界面、絶縁層と絶縁層との界面などからの水分の浸入を抑制する目的で、レンズ部３００を構成する樹脂材料で被覆されている。
３．ＬＥＤモジュール１０におけるＡ部詳細
上記図２におけるＡ部の詳細について、図３を用いて説明する。図３は、（ａ）がＡ部を図２のＺ方向上方より見た上面図であり、（ｂ）が（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図３（ａ）に示すように、反射部２００における開口部２００ｈの内方には、その略中央部分にＬＥＤベアチップ１５０が収納されている。ＬＥＤベアチップ１５０は、基板１００における絶縁層１０４（図３（ｂ）参照。）上に形成された導電ランド１０７ａ、１０７ｂにアノード電極、カソード電極が接続されることで、基板１００に実装されている。

基板１００におけるＬＥＤベアチップ１５０が実装された領域を取り囲み、反射部２００における開口部２００ｈの内縁辺よりも内側には、基板１００に設けられた凹部１００ｈの内側縁が存在している。
次に、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤベアチップ１５０が実装されている基板１００は、上述のように、金属層１０１、絶縁層１０２、１０３、１０４が順に積層された構成を有し、絶縁層１０２と絶縁層１０３との間の界面部分、絶縁層１０３と絶縁層１０４との界面部分、および絶縁層１０４の表面上には、各ＬＥＤベアチップ１５０を直列接続するように所望のパターンに形成されたパターン配線１０５、１０６、１０７がそれぞれ形成されている。そして、各パターン配線１０５、１０６、１０７の間は、コンタクトプラグ１０８、１０９で接続されている。パターン配線１０４については、金（Ａｕ）メッキが施されている。

上記でも少し触れたが、基板１００における表層の絶縁層１０４におけるＬＥＤベアチップ１５０を取り囲む領域には、円環状に凹部１００ｈが形成されている。凹部１００ｈは、その開口面積が基板１００の表面側から内方へと漸減する形態をなしており、底面に他のパターン配線から電気的に独立した金属層（パターン配線１０６の一部。）が存在する。この凹部１００ｈの底面における金属層は、凹部１００ｈの形成時におけるエッチングストッパ層としての機能を有するものである。これについては、後述の製造方法の欄で説明する。

次に、ＬＥＤベアチップ１５０は、表層の絶縁層１０４上に設けられたパターン配線１０７における所定位置の導電ランド１０７ａ、１０７ｂ（図３（ａ）参照。）に対して、間に金（Ａｕ）などからなるバンプ４００を介して接合されており、所謂、フリップチップ実装されている。導電ランド１０７ａは、上記図３（ａ）に示すとおり、逆Ｌ字型をしており、ＬＥＤベアチップ１５０におけるアノード電極が接続される。一方、導電ランド１０７ｂは、上記図３（ａ）に示すとおり、Ｉ字状をしており、ＬＥＤベアチップ１５０におけるカソード電極が接続される。

図３（ｂ）に示すように、反射部２００は、ＬＥＤベアチップ１５０が載置された部分を中心とする開口部２００ｈを有しており、開口部２００ｈの側壁２００ａは、基板１００の厚み方向（図面における上下方向）に対して角度を有しており、図３（ｂ）の上方に向けて開いた形状となり光学反射面としての機能を有する。また、開口部２００ｈを臨む反射部２００の側面２００ａの下方には、これに連続して凸部２００ｂが形成されている。

反射部２００における凸部２００ｂは、基板１００における凹部１００ｈに対して相似形状であって挿入可能な関係を有しており、これを平面視するとき、円環状をなしている。また、反射部２００における凸部２００ｂは、基板１００の凹部１００ｈと相似的であって、若干小さいサイズに設定されており、基板１００に反射部２００を接合する際に、各々の製造誤差等を吸収可能であり、また、基板１００に対する反射部２００の位置合わせ（基板１００の厚み方向、表面に沿う方向）が容易となっている。そして、反射部２００における凸部２００ｂは、基板１００の凹部１００ｈの内方に没入された状態となっており、基板１００における表面上には、光学反射面部分である側壁２００ａが存在する位置関係を有する。

反射部２００と基板１００とは、間に介される接着層２５０により互いに接合されている。接着層２５０は、接着剤あるいはアンダーフィル等の材料を持って形成されている。
４．ＬＥＤベアチップ１５０と反射部２００との位置関係
次に、ＬＥＤベアチップ１５０と反射部２００との相対位置関係について、図４を用いて説明する。図４は、上記図３（ｂ）の一部を模式的に抜き出して示した断面図である。

先ず、ＬＥＤベアチップ１５０と反射部２００との位置関係を説明する前に、本実施の形態で一例として用いるＬＥＤベアチップ１５０の概略構成について、図４に基づき簡単に説明する。
図４に示すように、本実施の形態に係るＬＥＤベアチップ１５０は、図面の上方から、ベース層１５１、ｎ型層１５２が積層され、その下にカソード電極１５６が形成された領域と、活性層１５３、ｐ型層１５５およびアノード電極１５５が形成された領域とが分けて存在する。この内、ベース層１５１は、ノンドープＧａＮから構成されている。

また、ｎ型層１５２は、ＧａＮからなるバッファ層部分とｎ−ＧａＮ（Ｓｉドープ）からなるクラッド層部分とから構成されている。また、発光層としての機能を有する活性層１５３は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ６周期の多重量子井戸発光層である。ｐ型層１５４は、ｐ−ＧａＮ（Ｍｇドープ）からなるクラッド層部分とｐ−ＧａＮ（Ｍｇドープ）からなるコンタクト層部分とから構成されている。さらに、アノード電極１５５はＴｉ／Ａｌから構成されており、カソード電極１５６はＴｉ／Ａｕから構成されている。

次に、図４に示すように、ベース層１５１の上端面からアノード電極１５５の下端面までの厚み、即ち、ＬＥＤベアチップ１５０の全厚みは、Ｔ６である。そして、ＬＥＤベアチップ１５０の各電極１５５、１５６が接続されるパターン配線１０７は、Ｔ７の厚みを有し、アノード電極１５５とパターン配線１０７との間に介挿されるバンプ４００の厚みは、Ｔ８である。

また、基板１００における絶縁層１０４の表面から活性層１５３までの厚み方向の距離は、Ｔ９となっている。
一方、基板１００の表面から上方には、反射部２００の側壁２００ａの相当する部分が突出された状態となっており、基板１００の表面から反射部２００の上端面（ＬＥＤモジュール１０の外方側の端位置）までの距離は、Ｔ１である。また、反射部２００の凸部２００ｂは、基板１００の凹部１００ｈ内に没入しており、これより、基板１００の表面から反射部２００の下端面までの距離はＴ２である。そして、基板１００の凹部１００ｈの深さは、Ｔ４であり、この深さＴ４とパターン配線１０６の厚みとを足し合わせた数値、即ち、絶縁層１０４の厚みは、Ｔ３である。

また、基板１００の面方向における各寸法は、基板１００における凹部１００ｈの上端での内径がφＤ１、反射部２００の下端部における内径がφＤ２、反射部２００の開口部２００ｈの上端での内径がφＤ３となっている。
このように規定されている各寸法は、次のような関係を有している。
（１）Ｔ１＞Ｔ９
（２）Ｔ２＞０
（３）Ｔ２＜Ｔ４
（４）（Ｔ２＋Ｔ５）＞（Ｔ５−Ｔ９）
（５）Ｄ１＜Ｄ２≦Ｄ３
なお、（１）の関係については、次の関係を満足することがより望ましい。

（６）Ｔ１＞（Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８）
以上の（１）〜（５）の関係、望ましくは、（２）〜（６）の各関係を有することが本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０における最も顕著な特徴である。
５．本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０およびこれを備える照明装置１の優位性
以上の１．〜４．の各項目に記載の通り、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０においては、金属ベースの基板１００における最上層に配された絶縁層１０４の一部領域に凹部１００ｈを形成しておき、この凹部１００ｈに凸部２００ｂが侵入する状態で、反射部２００を載置・接合している。よって、ＬＥＤモジュール１０においては、必然的に上記（１）〜（５）あるいは（２）〜（６）の各関係を満足することになる。

ＬＥＤベアチップ１５０における活性層１５３の厚みは、通常１μｍ未満であり、ＬＥＤモジュール１０においては、基板１００の厚み方向において、反射部２００における光学反射面を構成する側壁２００ａの基板１００の側の端位置が、ＬＥＤベアチップ１５０における発光層である活性層１５３が形成されてなる領域よりも基板１００の厚み方向の内方側に位置することになり、且つ、側壁２００ａにおけるＬＥＤモジュール１０の外方の側の端位置が活性層１５３が形成されてなる領域よりもさらにＬＥＤモジュール１０の外方の側に位置することになる。即ち、ＬＥＤモジュール１０では、基板１００の厚み方向において、反射部２００における光学反射部である側壁２００ａが、ＬＥＤベアチップ１５０における活性層１５３の形成領域を包含する状態にある。

従って、ＬＥＤモジュール１０は、その駆動時において、ＬＥＤベアチップ１５０の活性層１５３から出射される光の内、基板１００の表面に沿った方向に進む光についても、高い効率をもってモジュール１０の外へと反射されることになる。つまり、本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０では、基板１００の最上面よりも厚み方向で低い位置にまで反射部２００が没入されているので、接着層２５０に吸収されてしまう光が、上記図８に示す従来のＬＥＤモジュールに比べて格段に低減され、高い光取り出し効率を有する。

また、このように高い光取り出し効率を有するＬＥＤモジュール１０を発光部として備える照明装置１では、上記図８に示すような従来構成のＬＥＤモジュールを備える場合に比べて、高輝度であり、且つ、省エネルギである。
なお、このように光取り出し効率が高いＬＥＤモジュール１０については、本実施の形態で一例とした照明装置１以外にも、屋外で使用するような画像表示装置や、道路に設置される信号機などに用いるのにも適する。

６．ＬＥＤモジュール１０の作製
次に、ＬＥＤモジュール１０の作製工程において、基板１００に対して凹部１００ｈを形成する段階から、反射部２００を接合するに至るまでの過程について、図５および図６を用いて説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、金属層１０１上に３層の絶縁層１０２、１０３、１０４０が積層され、且つ、パターン配線１０５、１０６、１０７が形成された基板１０００を予め準備する。ここで、パターン配線１０５、１０６、１０７については、予め所望のパターンで形成されており、上述のように、実装される６４個のＬＥＤベアチップ１５０が直列接続されるように形成されている。なお、凹部１００ｈの形成前における基板１０００については、凹部１００ｈの形成後に係る基板１００との間での区別を容易にするために、符号を変えている。

図５（ｂ）に示すように、上記図５（ａ）の基板１０００における最上層の絶縁層１０４０にマスク２０００を形成する。マスク２０００は、凹部１００ｈを開口しようとする部分に開口領域２０００ｈを有する。このマスク２０００の開口領域２０００ｈは、絶縁層１０４０と絶縁層１０３との間に形成されたパターン配線１０６の内、凹部１００ｈの底面となる部分であるエッチングストッパ層１０６ａの上部に位置する。

次に、このようにマスク２０００が形成された基板１０００に対して、例えば、エッチング液を付加し、絶縁層１０４０におけるマスク２０００の開口領域２０００ｈからその内方に向けての部分を除去する。この際、エッチングを施すことにより、図５（ｃ）に示すように側壁が基板１００の厚み方向に対して傾斜角を有し、基板１０００の絶縁層１０４０表面から基板厚み方向内方に向けてその開口面積が漸減する状態の凹部１００ｈの形成が完了する。なお、図５（ｃ）は、エッチング後にマスク２０００を除去した状態の基板１００を示している。

エッチングに際しては、パターン配線１０６の内、電気的に独立して設けられているエッチングストッパ層１０６ａが存在しているので、エッチングが内側の絶縁層１０３にまで及ぶことはない。
図６（ａ）に示すように、エッチングが終了した基板１００のパターン配線１０７における導電ランド１０７ａ、１０７ｂ（上記図３（ａ）参照。）に対して、金（Ａｕ）などの材料からなるバンプ４００を形成する。その後に、超音波の印加により、導電ランド１０７ａ、１０７ｂに対してＬＥＤベアチップ１５０をフリップチップ実装する。

次に、図６（ｂ）に示すように、基板１００における凹部１００ｈ内および反射部２００を接合しようとする領域に対して接着剤またはアンダーフィルを塗布し、この接着層２５０を用いて反射部２００を接合する。なお、反射部２００の接合に際しては、上述のように、その凸部２００ｂ（上記図３（ｂ）参照。）を基板１００にも受けられた凹部１００ｈの内方に没入させて行う。最後に、反射部２００と基板１００との相対位置、および反射部２００とＬＥＤベアチップ１５０との相対位置を所望の関係に維持しながら、接着層２５０を硬化させることでＬＥＤモジュール１０の製造過程における反射部２００の固定までが終了する。

７．ＬＥＤモジュール１０の優位性の確認
以下では、上述の本実施の形態に係るＬＥＤモジュール１０の優位性について、一例をもって検証する。優位性の確認に際しては、上記図３の本発明に係るＬＥＤモジュール１０と、比較例としての上記図８の従来のＬＥＤモジュールとの相対的な光束を比較することによって実施した。

（１）実施例
先ず、上記図３の本発明に係るＬＥＤモジュール１０の各寸法値は、次の通りに設定した。
Ｔ１＝１１２０μｍ
Ｔ２＝２０μｍ
Ｔ４＝８０μｍ
Ｔ５＝１００μｍ
Ｔ６＝９０μｍ
Ｔ７＝２０μｍ
Ｔ８＝１０μｍ
Ｔ９＝３５μｍ
（２）比較例
上記（１）の実施例に係るＬＥＤモジュール１０に対して、寸法Ｔ６〜Ｔ９については、上記と同一の値に設定した。そして、図８における接着層７５０の層厚みを１００μｍ、反射部７００の厚みを１０００μに設定した。

なお、（１）の実施例に係るＬＥＤモジュール１０と（２）の比較例に係るＬＥＤモジュールとは、反射部２００、７００の接合に係る構造以外の要因については、同一条件とした。
以上のような条件設定において、両ＬＥＤモジュールの光束を測定して比較したところ、上記（２）の比較例に係るＬＥＤモジュールで得られる光束を"１００"とするとき、上記（１）の実施例に係るＬＥＤモジュール１０の光束は、"１１４"となり、比較例に対して１４ポイント優れることが判明した。

（考察）
上記確認結果を考察するとき、上記図８に係る従来のＬＥＤモジュールにおいては、ＬＥＤベアチップ６５０の活性層からの光は、その一部が基板６００の表面に沿って進み、反射部７００へと到達するのであるが、ＬＥＤベアチップ６５０と反射部７００との位置関係から、接着層７５０に吸収される光が多かったと考えられる。

これに対して、上記図３等に示すように、実施例に係るＬＥＤモジュール１０では、上記４．における（１）〜（５）あるいは（２）〜（６）の関係を満足する構造を有することから、活性層１５３から出射された光は、高い割合で反射部２００の光学反射面である側壁２００ａに反射されてモジュール１０外へと放射される。即ち、基板１００に凹部１００ｈを形成し、反射部２００の凸部２００ｂをこれに没入される状態にしたことで、活性層１５３からの光が到達する部分の接着層２５０の存在領域を低減し、これにより、接着層２５０への光の吸収の抑制を図ることができた。
（変形例）
次に、変形例に係るＬＥＤモジュール１１の構成について、図７を用いて説明する。図７では、上記ＬＥＤモジュール１０と共通する部分については同一の符号を付しており、また、その全体構成については、上記図２と同様であるので省略している。

図７に示すように、本変形例に係るＬＥＤモジュール１１が上記ＬＥＤモジュール１０と相違する点は、基板１１０における絶縁層１１３の形態および反射部２１０の形状にある。即ち、上記図３（ｂ）のＬＥＤモジュール１０では、基板１０における最上層の絶縁層１０４に凹部１００ｈを設けてそこに反射部２００の凸部２００ｂを没入させる構成を採っていたのに対して、本変形例に係るＬＥＤモジュール１１では、最上層の絶縁層１１３をＬＥＤベアチップ１５０を載置する領域および接続端子（不図示）を形成しようとする領域にのみ形成しておき、それ以外の部分（図７において、パターン配線１０６が露出している部分。）に対して接着層２５０を形成し、その上に反射部２１０を載置・接合するという構成を有する。視点を変えると、基板１１０における最上層の絶縁層１１３は、ＬＥＤベアチップ１５０の載置領域に島状部１１３ａが形成された形態を有している。

このような構成を採るＬＥＤモジュール１１では、上記実施の形態におけるＬＥＤモジュール１０が有するＬＥＤベアチップ１５０と反射部２００との相対位置関係と同様の関係を、ＬＥＤベアチップ１５０と反射部２１０とが有することになり、高い光取り出し効率を確保することができる。
また、変形例に係るＬＥＤモジュール１１においては、反射部２１０の形状が上記図８に示す従来のＬＥＤモジュールのものと同様に、複雑な形状を取る必要がなく、製造コスト面で優位性を有する。さらに、上記図６（ｂ）に示すように、ＬＥＤモジュール１０の製造過程においては、基板１００の凹部１００ｈの形成位置と反射部２００の凸部２００ｂの形成位置とを高い寸法精度をもって設定することが必要とされるが、本変形例に係るＬＥＤモジュール１１では、基板１１０における凹部および反射部２１０における凸部の形成が必要ないことから、製造に用いる部品の製造精度を上記ＬＥＤモジュール１０のものほど要求されることはなく、この面からも製造コストを低く抑えることができる。
（その他の事項）
上記実施の形態に係る照明装置１およびＬＥＤモジュール１０、変形例に係るＬＥＤモジュール１１などについては、本発明の構成面での特徴およびこの作用・効果を説明するために一例として用いたものであり、本発明がこれらの構成に限定されるものではない。

例えば、実施の形態においては、ＬＥＤモジュール１０におけるＬＥＤベアチップ１５０の実装形態をフリップチップ実装としたが、これ以外の実装方法（例えば、エピサイド・アップ・ボンディング実装）の場合にあっても、上記ＬＥＤベアチップの活性層と反射部との相対的な位置関係が維持できれば、同様の効果を得ることができる。
また、実施の形態および変形例に係るＬＥＤモジュール１０、１１に用いたＬＥＤベアチップ１５０については、ノンドープＧａＮ層１０１をベースとして形成されたものとしたが、サファイヤ層をベースとするものであってもよいし、それ以外でも上記同様の効果を得ることができる。

また、ＬＥＤモジュール１０、１１におけるＬＥＤベアチップ１５０と反射部２００、２１０との間の領域に蛍光体層が形成された形態のものにも本発明を適用することができる。ただし、その際には、ＬＥＤベアチップ１５０の活性層１５３から出射された光は、蛍光体層中で屈折することになり、反射部２００、２１０の設定においては、この点を考慮しておく必要がある。

また、上記効果の確認で用いた各数値等については、本発明の効果を説明するために一例として用いたものであり、本発明がこれらの数値に限定を受けるものではなく、本発明が特徴とするＬＥＤベアチップの活性層と反射部との相対位置関係を確保できる範囲であれば、適宜変更が可能である。
さらに、上記実施の形態等におけるＬＥＤモジュール１０の形成においては、基板１００の凹部１００ｈの形成にウェットエッチング法を一例として用いたが、ガスエッチング法を用いることもできる。

本発明に係る半導体発光モジュールは、光取り出し効率が高く、これより照明装置およびその他の表示装置に用いるのに適する。

本発明の一実施の形態に係る照明装置１の外観斜視図である。 照明装置１が有するＬＥＤモジュール１０の展開斜視図である。 ＬＥＤモジュール１０におけるＡ部を詳細に示す上面図および要部断面図である。 ＬＥＤモジュール１０におけるＡ部の寸法関係を示す詳細断面図である。 ＬＥＤモジュール１０の作製過程における基板１００の絶縁層１０４の一部領域に凹部１００ｈを形成するに至るまでの工程を示す工程図である。 絶縁層１０４に凹部１００ｈが形成されてなる基板１００に対し、ＬＥＤベアチップ１５０および反射部２００を実装するに至るまでの工程を示す工程図である。 変形例に係るＬＥＤモジュール１１の要部を示す要部断面図である。 従来のＬＥＤモジュールを示す斜視図およびその要部断面図である。

符号の説明

１．照明装置
１０、１１．ＬＥＤモジュール
２０．ケース
３０．口金
１００、１１０．基板
１００ｈ．凹部
１０２、１０３、１０４、１１３．絶縁層
１１３ａ．島状部
１５０．ＬＥＤベアチップ
１５４．活性層
２００、２１０．反射部
２５０．接着層
３００．レンズ部
４００．バンプ
２０００．マスク

Claims (14)

1. 基板の一方の主面上に、発光層を含む積層構造を有し当該発光層から光を出射する半導体発光素子と、前記出射された光を前記基板の厚み方向における外方に向け反射する光学反射面を有する反射部とが実装され、前記基板を平面視するときに前記光学反射面が前記半導体発光素子の近傍領域に配されてなる半導体発光モジュールであって、
   前記反射部における光学反射面は、前記基板の厚み方向において、少なくとも前記半導体発光素子における発光層の形成領域を包含する範囲に形成されている
   ことを特徴とする半導体発光モジュール。
2. 前記光学反射面は、前記基板の厚み方向において、少なくとも前記半導体発光素子の実装領域を包含する範囲に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光モジュール。
3. 前記基板における前記反射部が実装される領域には、前記基板の厚み方向における内方に向けて凹部が形成されており、
   前記反射部には、前記光学反射面の近傍領域であって、且つ、前記基板の表面に対向する側に前記基板の凹部に対応する凸部が形成されており、当該凸部が前記基板の凹部に対して侵入した状態にある
   ことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光モジュール。
4. 前記基板の厚み方向において、前記半導体発光素子が実装されてなる領域の表面を基準面とするとき、前記凹部は、前記基準面よりも前記基板の内方に入り込んだ状態にある
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光モジュール。
5. 前記反射部は、前記基板の厚み方向において、前記基準面よりも前記基板の内方にまで前記光学反射面が形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光モジュール。
6. 前記基板における凹部は、前記基板の厚み方向における前記一方の主面から内方に向けて開口面積が漸減する状態に形成されている
   ことを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の半導体発光モジュール。
7. 前記反射部における凸部は、前記基板の凹部に対して相似形状を有する
   ことを特徴とする請求項３から６の何れかに記載の半導体発光モジュール。
8. 前記反射部は、前記基板表面に対して、絶縁性を有する接合層を介して接合されている
   ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の半導体発光モジュール。
9. 前記接合層における少なくとも前記半導体発光素子の側に面する領域には、光反射性物質が含まれている
   ことを特徴とする請求項８に記載の半導体発光モジュール。
10. 前記半導体発光素子は、前記基板における一方の主面上の導電ランドにフリップチップ実装されている
    ことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の半導体発光モジュール。
11. 請求項１から１０の何れかに記載の半導体発光モジュールを発光部として備えることを特徴とする照明装置。
12. 請求項１から１０の何れかに記載の半導体発光モジュールを画像表示部における発光源として備えることを特徴とする画像表示装置。
13. 金属層および絶縁層の積層構造を有し、少なくとも一方の主面に前記絶縁層が露出してなる基板に対し、前記絶縁層が露出してなる主面の一部領域にマスクを形成するマスク形成ステップと、
    前記マスクが形成されてなる基板の主面に対して、前記絶縁層の表面から厚み方向の内方に向けて開口面積が漸減する状態の凹部を形成する凹部形成ステップと、
    前記絶縁層に凹部が形成された基板から前記マスクを除去し、積層構造中に発光層を有してなる半導体発光素子を前記基板の表面における前記凹部の近傍領域に実装する素子実装ステップと、
    前記半導体発光素子が実装された基板に対して、前記凹部およびその近傍領域における基板表面に接着剤またはアンダーフィルを塗布する塗布ステップと、
    前記接着剤またはアンダーフィルが塗布された基板に対して、その前記半導体発光素子が実装されてなる主面に対して、一方の主面に前記凹部に相対する形状を有する凸部と、前記半導体発光素子から出射された光を反射する光学反射面とが形成されてなる反射部を、前記凸部を前記凹部に侵入させて配置し、接合を図る反射部接合ステップとを備え、
    前記反射部接合ステップの後においては、前記反射部における光学反射面は、前記基板の厚み方向において、少なくとも前記半導体発光素子における発光層の形成領域を包含する範囲に位置する
    ことを特徴とする半導体発光モジュールの製造方法。
14. 前記素子実装ステップにおいては、フリップチップ実装法を用いて、前記半導体発光素子の実装が図られる
    ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光モジュールの製造方法。

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