JP2008041843A - 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し効率が高く、安価で高輝度化ならびに高精細化を達成しうるような半導体発光装置の製造方法を実現する。
【解決手段】半導体発光装置１の製造方法は、基体１０上に配置された半導体発光素子２０を、蛍光体含有材部４０で覆う工程と、レンズ形状の凹部３５を有する透光性封止材料成形用型３０の当該凹部３５に透光性封止材料５１を充填する工程と、透光性封止材料５１に気圧をかける工程と、蛍光体含有部４０で覆われた半導体発光素子２０を透光性封止材料成形用型３０の凹部３５に挿入するように、基体１０を透光性封止材料成形用型３０上に配置する工程と、透光性封止材料５１を硬化させて、透光性封止材料成形用型３０を基体１０から取り除き、レンズ形状の透光性封止体５０を成形する工程と、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、発光面を含む周囲に蛍光体含有材料が成形された半導体発光素子を、レンズ形状の透光性封止材料にて覆うように形成した半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置に関するものである。

従来から、半導体発光素子の周囲を、蛍光体を含む樹脂である蛍光体含有材料で覆い、半導体発光素子から出射される紫外光および／または可視光によって、蛍光体を励起（低いエネルギー状態から高いエネルギー状態へ電子の軌道が変わること）させて発光させる半導体発光装置が知られている。蛍光体含有材料は、スピンコート法またはスクリーン印刷法などによって成形される。しかし、スピンコート法では、蛍光体含有材料の層厚を１００〜９００μｍ程度の厚みしか成形できず、また、基板の上面だけにしか蛍光体含有材料を成形できない。一方、スクリーン印刷法では、基板の上面だけでなく周囲にも蛍光体含有材料を成形でき、蛍光体含有材料の層厚を０．３〜０．５ｍｍで一様に成形することができる。

なお、スクリーン印刷法については、特許文献１および２に具体的に開示されている。すなわち、特許文献１および２には、被塗布物の上にスクリーン版を配置し、スクリーン版に載せた塗布物をスクリーン版の孔を透過して押し出して被塗布物に塗布する方法が開示されている。また、特許文献３には、特にスキージと呼ばれるゴムのヘラを往復させることによって、スクリーン版に載せた塗布物をスクリーン版の孔を透過して押し出して被塗布物に塗布する方法が開示されている。

上述したように、スピンコート法とスクリーン印刷法とでは、スクリーン印刷法の方が蛍光体含有材料を成形する場合には有利であるので、半導体発光素子の周囲に蛍光体含有材料を成形する場合には、スクリーン印刷法が一般的には広く用いられている。

スクリーン印刷法によって半導体発光素子の周囲に蛍光体含有材料を成形することは、特許文献４および５に開示されている。すなわち、特許文献４には、上記スクリーン版としてメタルマスクを用いて蛍光体含有材料を成形する方法が開示されている。また、特許文献５には、ステンシルと呼ばれるスクリーン版に成形された複数の開口部の中心に半導体発光素子が収まるように配置し、この開口部へ蛍光体含有材料を充填した後にステンシルを除去し、蛍光体含有材料を硬化させて半導体発光素子に蛍光体含有材料を成形する方法が開示されている。

図７は、特許文献４に記載の半導体発光装置の断面図である。特許文献４では、青色発光の発光素子１２０をフリップチップ型として前記バンプ電極を介して前記電極パターン１０１に導通搭載される。そして、発光素子１２０の周囲には、蛍光物質を含む波長変換樹脂１４０がスクリーン印刷法によって印刷形成される。さらに、波長変換樹脂１４０が樹脂のパッケージ層１５０で封止され、その後、１個ずつの発光素子を含むようにダイシングされる。

また、特許文献６には、基板上に塔載されたＬＥＤチップを孔版印刷（スクリーン印刷）で透光樹脂を封止する製法が記載されている。具体的には、ＬＥＤチップ塔載面の周囲にマスクを設置し、マスクの開口に樹脂充填後、不要樹脂の除去工程中に減圧、加圧を繰り返して樹脂中の気泡の除去を行い、気泡による光の反射屈折で発光むら、輝度むらの発生を防止するものである。
特開２００２−１８５０４８号公報（平成１４年６月２８日公開） 特開２００４−８２５１４号公報（平成１６年３月１８日公開） 特開２０００−２３３４８９号公報（平成１２年８月２９日公開） 特開２００２−１３４７９２号公報（平成１４年５月１０日公開） 特開２００５−１２３２３８号公報（平成１７年５月１２日公開） 特開２００３−１７９２６９号公報（平成１５年６月２７日公開）

しかしながら、特許文献４に記載の製造方法により製造された半導体発光装置は、図７に示されるように、発光素子１２０を封止している樹脂１５０の上部表面が、発光装置の表示面に対して平面もしくは凹面となっている。このため、発光素子１２０からの光取り出し効率が悪く、輝度が低くなる。したがって、図７に示すような樹脂１５０が平坦化された半導体発光装置は、屋内での用途に限定され、屋外で使用することができなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光取り出し効率を高めるとともに、安価で高輝度化を達成しうるような半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置を実現することにある。

本発明に係る半導体発光装置は、上記課題を解決するために、基体と、前記基体上に設けられた半導体発光素子と、蛍光体を含み、前記半導体発光素子を覆う蛍光体含有部と、前記蛍光体含有部で覆われた前記半導体発光素子を封止するための透光性封止体と、を含み、前記透光性封止体は、レンズ形状の凹部を有する成形用型の当該凹部に透光性封止材料を充填し、気体による圧力をかけて気泡を除去した後、前記蛍光体含有部で覆われた前記半導体発光素子を当該凹部に挿入し、前記透光性封止材料を硬化して形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、透光性封止体は、レンズ形状の凹部に充填された透光性封止材料を硬化して形成されている。そのため、透光性封止体は、レンズ形状を有することとなる。また、透光性封止材料を硬化する前に、蛍光体含有部で覆われた半導体発光素子が凹部に挿入されるため、半導体発光素子上に蛍光体含有部を介して透光性封止体が形成されることとなる。その結果、半導体発光素子から発光された光は、その一部が蛍光体によって所望の波長の光に変換され、例えば、白色光となり外部に出射される。この際、透光性封止体は、レンズ形状であるため、半導体発光素子から発光された光を集光して、外部に照射する。これにより、光取り出し効率が高まるとともに、輝度も高くなる。

また、成形用型の凹部に透光性封止材料を充填し、当該凹部に半導体発光素子を挿入することで半導体発光装置を形成することができる。この手法としてスクリーン印刷法が適用でき、安価で容易に製造することができる。

また、透光性封止材料に対して気体による圧力をかけて気泡を除去しているため、半導体発光素子は、気泡が少ない透光性封止材料によって覆われる。透光性封止材料に気泡が含まれている場合、その空間の分だけ透光性封止材料の厚みが異なってしまうため、発光むらを生じさせる一因となる。しかし、上記の構成によれば、半導体発光素子は、気泡が少なくまた密着度が高い状態で透光性封止体に覆われ、さらに、圧力をかけて形成されているため、基体との密着度をも向上したレンズ形状の透光性封止体で覆われることができる。そのため所望の光放射特性を実現できる半導体発光装置を提供できる。また、半導体発光素子間での透光性封止体の形状のばらつきを低減でき、歩留まりの低下を抑制することができる。

以上のように、上記構成によって、光取り出し効率が高く、安価で高輝度化ならびに高精細化を達成しうるような発光表示装置を実現することができる。

さらに、本発明の半導体発光装置は、上記の構成に加えて、前記半導体発光素子の発光中心軸と、レンズ形状の前記透光性封止体の軸心とが一致している。

これにより、透光性封止体は、半導体発光素子からの光を効率的に集光し、外部に照射することができる。

さらに、本発明の半導体発光装置において、前記透光性封止体は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂等の少なくとも１種以上であることが好ましい。

さらに、本発明の半導体発光装置において、前記基体上に、少なくとも２個以上の前記半導体発光素子が載置されていることが好ましい。この構成によれば、複数の半導体発光素子が設けられていることにより、発光領域の面積を大きくすることができる。

さらに、本発明の半導体発光装置において、前記半導体発光素子は、近紫外線から赤外線領域で発光する素子であることが好ましい。具体的なピーク波長の値としては200〜980nmである。特に白色光を発生させる場合には、下記に記載する蛍光体との組み合わせを考慮して、380〜470nmまでの領域にピーク波長を有する素子を用いることが好ましい。

さらに、本発明の半導体発光装置において、前記蛍光体は、ガドリニウムおよびセリウムが添加された、ＹＡＧ系（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＢＯＳ系（Barium Ortho-Silicate）、ＴＡＧ系（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）の少なくとも１種を含むことが好ましい。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、基体上に配置された半導体発光素子を、蛍光体含有材料で覆う工程と、レンズ形状の凹部を有する成形用型の当該凹部に透光性封止材料を充填する工程と、前記透光性封止材料に気圧をかける工程と、前記蛍光体含有材料で覆われた前記半導体発光素子を前記成形用型の前記凹部に挿入するように、前記基体を前記成形用型上に配置する工程と、前記透光性封止材料を硬化させて、前記成形用型を前記基体から取り除き、レンズ形状の透光性封止体を成形する工程と、を含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、透光性封止材料を硬化する前に、蛍光体含有材料で覆われた半導体発光素子が凹部に挿入されるため、半導体発光素子上に蛍光体含有材料を介してレンズ形状の透光性封止体が形成されることとなる。その結果、半導体発光素子から発光された光は、その一部が蛍光体によって所望の波長の光に変換され、例えば、白色光となり外部に出射される。この際、透光性封止体は、レンズ形状であるため、半導体発光素子から発光された光を集光して、外部に照射する。これにより、光取り出し効率が高まるとともに、輝度も高くなる。

また、成形用型の凹部に透光性封止材料を充填し、当該凹部に半導体発光素子を挿入することで半導体発光装置を形成することができるため、安価で容易に製造することができる。

また、透光性封止材料に対して気体による圧力をかけて気泡を除去しているため、半導体発光素子は、気泡が少ない透光性封止材料によって覆われる。透光性封止材料に気泡が含まれている場合、その空間の分だけ透光性封止材料の厚みが異なってしまうため、発光むらを生じさせる一因となる。しかし、上記の構成によれば、半導体発光素子は、気泡が少なくまた密着度が高い状態で透光性封止体に覆われ、さらに、圧力をかけて形成されているため、基体との密着度をも向上したレンズ形状の透光性封止体で覆われることができる。そのため所望の光放射特性を実現できる半導体発光装置を提供できる。また、半導体発光素子間での透光性封止体の形状のばらつきを低減でき、歩留まりの低下を抑制することができる。

以上のように、上記構成によって、光取り出し効率が高く、安価で高輝度化ならびに高精細化を達成しうるような発光表示装置の製造方法を実現することができる。

さらに、本発明の半導体発光装置の製造方法において、前記気圧は、大気圧と比して１．０ｋＰａ〜４．０ｋＰａ大きい圧力であることが好ましい。この構成によれば、気泡の除去を効率よく行うことができ、かつ、透光性封止体の表面を変形させることがない。そのため、所望のレンズ形状を有する透光性封止体を形成することができ、光取り出し効率を高めることができる。

さらに、本発明の半導体発光装置の製造方法において、前記気圧をかける工程は、完全密閉型カバー内で空圧をかけることが好ましい。この構成によれば、透光樹脂材料に対して均一に圧力をかけることができる。そのため、気泡の除去を効率よく行うことができる。なお、ここで、「完全密閉」とは、完全であることをいうのでなく、完全な状態を目指した条件下であるとの意味である。

さらに、本発明の半導体発光装置の製造方法において、前記成形用型は、少なくとも２つ以上の前記凹部を有することが好ましい。この構成によれば、透光性封止体で封止された半導体発光素子を一度に複数製造することができ、生産効率を高めることができる。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、基体上に配置された半導体発光素子を、蛍光体含有材料で覆う工程と、レンズ形状の凹部を有する成形用型の当該凹部に透光性封止材料を充填する工程と、前記透光性封止材料に気圧をかける工程と、前記蛍光体含有材料で覆われた前記半導体発光素子を前記成形用型の前記凹部に挿入するように、前記基体を前記成形用型上に配置する工程と、前記透光性封止材料を硬化させて、前記成形用型を前記基体から取り除き、レンズ形状の透光性封止体を成形する工程と、を含む。それゆえ、光取り出し効率が高く、安価で高輝度化ならびに高精細化を達成しうるような発光表示装置の製造方法を実現することができる。

本発明の一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明する。

＜１．半導体発光装置＞
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、半導体発光装置１は、基体１０と、半導体発光素子２０と、蛍光体含有部４０と、透光性封止体５０とを有する。

基体１０の上に半導体発光素子２０が配置され、当該半導体発光素子２０の発光面を含む表面（すなわち、半導体発光素子２０における、基体１０と接触していない、上面および側面）を被覆するように蛍光体含有部４０が形成されている。さらに、半導体発光素子２０および蛍光体含有部４０を覆うように透光性封止体５０がレンズ形状に形成されている。すなわち、透光性封止体５０は、基体１０を対向する上方の表面が凸状の曲面となるように形成されている。

図１に示すように、本実施形態の半導体発光装置１に含まれる半導体発光素子２０は、素子基板２２と、ｎ型半導体層２４と、発光体層２６と、ｐ型半導体層２８とを積層して構成される。ｎ型半導体層２４の上には、発光体層２６と分離された位置に電極３０ａが形成される。つまり、ｎ型半導体層２４の上には、ｎ側電極３０ａを成形する領域を除いた部分に発光体層２６が形成されている。ｐ型半導体層２８の上には、他方のｐ側電極３０ｂが設けられている。電極３０ａおよび電極３０ｂは、金属線３２を介して基体１０に形成されている導電性パターン３４と電気的に接続されている。

素子基板２２は、矩形状に成形され、絶縁性を有するサファイア基板の他、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＺｎＯ基板およびＧａＮ基板などを用いることができる。

ｎ型半導体層２４は、素子基板２２にＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層などを積層して形成される。図示しないが、ｎ型半導体層２４と素子基板２２との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで成形したバッファ層を設けることができる。

ｎ側電極３０ａは、公知の電極材料を用いることができ、例えば、ｎ型半導体層２４と接続するＴｉと、ボンディングするために好適なＡｕとから成形される。

発光体層２６としては例えばＩｎＧａＮを含む層を、ｐ型半導体層２８としては例えばＧａＮ層を用いることができる。発光体層２６およびｐ型半導体層２８を形成するときには、ｎ型半導体層２４の全面にＩｎＧａＮを含む発光体層２６と、発光体層２６の全面にＧａＮを積層したｐ型半導体層２８とを形成した後に、ドライエッチングによりｎ型半導体層２４の一部を露出させることで形成される。この露出した部分にｎ側電極３０ａが形成される。また、ｐ型半導体層２８としては、ｐ型ＡｌＧａＮ半導体層とｐ型ＧａＮ半導体層の積層構造をとってもよい。

ｐ側電極３０ｂは、ｐ型半導体層２８とオーミックコンタクトを取れる材料を用いることが好ましい。ｐ型半導体層２８がＧａＮ層である場合、電極３０ｂは、ＮｉとＡｕから形成されることができる。

上記半導体発光素子２０は、ピーク波長の値としては200〜980nmの光を発光する。特に半導体発光装置１として白色光を発生させる場合には、下記に記載する蛍光体との組み合わせを考慮して、380〜470nmまでの領域にピーク波長を有する素子を半導体発光素子２０に用いることが好ましい。

次に、蛍光体含有部４０について説明する。蛍光体含有部４０は、図１に示すように、基体１０に実装された半導体発光素子２０の周囲を覆うように設けられている。すなわち、蛍光体含有部４０は、半導体発光素子２０の上面および側面を覆っている。

なお、本実施形態において、蛍光体含有部４０は、スクリーン印刷法により形成される。製造方法の詳細は後述するが、蛍光体含有材料成型用型がなす開口部に蛍光体含有材料を埋め込んだ後、加圧した後に硬化されたものである。そのため、気泡の発生が抑制された層であり、半導体発光素子２０に対する密着度および基体１０と蛍光体含有部４０との密着度も高い。

なお、この半導体発光素子２０の上面を覆う蛍光体含有部４０の厚みと、側面を覆う蛍光体含有部４０の厚みは、蛍光体含有材料の沈降などによる輝度むらによって適宜決めることができる。

蛍光体含有部４０の材料（蛍光体含有材料）としては、蛍光体と、熱硬化性を有する接着剤とを含む材料である。蛍光体としては、粒子状の蛍光体を用いることができ、例えば、下記の化合物を挙げることができる。青色系の半導体発光素子とＹＡＧ蛍光体との組合せなど、発光デバイスで汎用的に用いられているものをそのまま使用することができる。例えば、無機系蛍光体として、以下のものを用いることができる。

赤色系の発光色を有する６ＭｇＯ・Ａｓ_２Ｏ_５：Ｍｎ^４＋、Ｙ（ＰＶ）Ｏ_４：Ｅｕ、ＣａＬａ_０．１Ｅｕ_０．９Ｇａ_３Ｏ_７、ＢａＹ_０．９Ｓｍ_０．１Ｇａ_３Ｏ_７、Ｃａ（Ｙ_０．５Ｅｕ_０．５）（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_３Ｏ_７、Ｙ_３Ｏ_３：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋、及び（Ｙ・Ｃｄ）ＢＯ_２：Ｅｕ等。

青色系の発光色を有する（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｍｇ）_２Ａｌ_２Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇ_２Ａｌ_２Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_３（ＰＯ_４）_６Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ_２Ｏ_５・Ｂ_２Ｏ_５：Ｅｕ、（ＢａＣａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＬａ_０．９５Ｔｍ_０．０５Ｇａ_３Ｏ_７、ＺｎＳ：Ａｇ、ＧａＷＯ_４、Ｙ_２ＳｉＯ_６：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｃａ_２Ｂ_４ＯＣｌ：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_４Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、及び一般式（Ｍ１，Ｅｕ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２（Ｍ１は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，及びＢａからなる群から選択される少なくとも１種の元素）で表される蛍光体等。

緑色系の発光色を有するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_８・２ＳｒＣｌ_２：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_２Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＬａＰＯ_４：Ｔｂ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＳｒＬａ_０．２Ｔｂ_０．８Ｇａ_３Ｏ_７、ＣａＹ_０．９Ｐｒ_０．１Ｇａ_３Ｏ_７、ＺｎＧｄ_０．８Ｈｏ_０．２Ｇａ_３Ｏ_７、ＳｒＬａ_０．６Ｔｂ_０．４Ａｌ_３Ｏ_７、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ、（Ｚｎ・Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＧｄＯＳ：Ｔｂ、ＬａＯＳ：Ｔｂ、ＹＳｉＯ_４：Ｃｅ・Ｔｂ、ＺｎＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＧｅＭｇＡｌＯ：Ｔｂ、ＳｒＧａＳ：Ｅｕ^２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ・Ｃｏ、ＭｇＯ・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｇｅ，Ｔｂ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ，Ｔｍ、及びＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ等。

また、白色系の発光色を有するＹＶＯ_４：Ｄｙ、黄色系の発光色を有するＣａＬｕ_０．５Ｄｙ_０．５Ｇａ_３Ｏ_７を用いることもできる。半導体発光素子からの光の波長が４２０ｎｍ以下の近紫外線であった場合、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_３Ｓ：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ_１０Ｏ_１７、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅのいずれか又はこれらの中から選ばれる二以上の蛍光体を組み合わせて用いることができる。また、種類の異なる蛍光体を二種以上組み合わせて用いることもできる。この場合、一方の蛍光体は半導体発光素子２０からの光を吸収して他の波長光を放出するばかりでなく、他の蛍光体から放出された蛍光を吸収して他の波長光を放出するタイプでもよい。さらに、蛍光体に光拡散材を併用することもできる。この場合、発光むらの減少を図ることができる。

上述したように、蛍光体は、特に限定されずＹＡＧ系蛍光体（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）、ＢＯＳ系蛍光体（Ｂａｒｉｕｍ Ｏｒｔｈｏ-ｓｉｌｉｃａｔｅ）およびＴＡＧ系蛍光体（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）を用いることができる。特に好ましい蛍光体はＢＯＳ系蛍光体である。ＢＯＳ系蛍光体を用いると半導体発光素子２０の発光波長がバラついても白色光の色度が変わらないため、白色ＬＥＤの歩留まりが高まる。また、これらの蛍光体に対する半導体発光素子２０として、紫外線、赤色系光、青色系光、黄色系光及び緑色系光を放出するものの１種又は２種以上を用いることができる。

透光性封止体５０は、透光性であるとともに、レンズ形状であり、そのレンズ形状の軸心と、半導体発光素子２０の発光中心軸とが一致している。

透光性封止体５０の材料（透光性封止材料）は、熱硬化性を有する接着剤を含む、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂等の少なくとも１種以上からなる。特に、シリコーン系樹脂またはシリコーン変形エポキシ系樹脂は、耐候性、耐熱性、電気絶縁性、化学安定性に優れ、また、可視〜紫外光領域まで非常に高い光透過率を有することから、本発明に好ましい材料である。

＜２．半導体発光装置の製造方法＞
以上のように構成される半導体発光装置１の製造方法について、図５（ａ）（ｂ）および図６（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、蛍光体含有部４０を半導体発光素子２０に被覆する製造方法を説明する図である。

まず、図５（ａ）に示すように、複数の半導体発光素子２０を基板１０に実装する。その後、基板１０の上に、開口部１５が成形された蛍光体含有材料成形用型２を置く。このとき、蛍光体含有材料成形用型２の開口部１５のほぼ中心に半導体発光素子２０が位置するように、蛍光体含有材料成形用型２を置く。

蛍光体含有材料成形用型２は、ニッケルやステンレスなどの金属で形成されている。そのため、透光樹脂材料を開口部１５へ充填した場合でも、腐食等が起きることがない。

次に、図５（ａ）に示されるように、蛍光体含有材料４１を蛍光体含有材料成形用型２の開口部１５に充填する。この際に使用する蛍光体含有材料４１は、例えば、ＢＯＳ系蛍光体と、熱硬化性の接着剤とを含む材料である。この工程で、図５（ａ）に示すように、気泡５が形成されてしまう。

その後、スキージを用いて過剰な厚さ分の蛍光体含有材料４１を除去する。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、蛍光体含有材料成形用型２の上面が露出する程度まで、蛍光体含有材料４１を除去する。

次に、図５（ｂ）に示すように、蛍光体含有材料４１の上から圧力をかける。圧力をかける手段としては気体による圧力が好ましい。このとき、気体としては、蛍光体含有材料４１を変性させることがない気体であれば特に制限はなく、空気または窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。これにより、気泡５を除去することができる。この場合、圧力は、大気圧と比して１．０ｋＰａ〜４．０ｋＰａ大きいことが好ましい。圧力が１．０ｋＰａ以下の場合は、蛍光体含有材料４１に含まれる気泡５を除去することができず、４．０ｋＰａ以上の場合は、蛍光体含有材料４１の表面の形状が不均一になってしまう。特に好ましい範囲は２．０ｋＰａから３．０ｋＰａである。前記圧力は、完全密閉型カバー内で空圧をかけることにより均一に蛍光体含有材料４１に圧力がかかり完全に気泡５がなくなり、また蛍光体含有材料４１と半導体発光素子２０との密着性強度および基体１０と蛍光体含有材料４１との密着度も向上する。

その後、図５（ｂ）に示されるように、熱硬化性を有する接着剤を含有した蛍光体含有材料４１を熱硬化炉にて硬化させて、蛍光体含有材料成形用型２を半導体発光素子２０を実装した基板１０から取り除く。このとき、硬化された蛍光体含有材料４１が、蛍光体含有部４０となる。以上の工程により、半導体発光素子２０の周囲に、気泡が含まれない蛍光体含有部４０を成形することができる。

次に、図６（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、透光性封止体５０を図５（ａ）（ｂ）で成形した蛍光体含有部４０の周囲に形成する工程を説明する。

図６（ａ）に示すように、透光性封止体５０を成形するための透光性封止材料成形用型（成形用型）３０は、レンズ形状の凹部３５を有する。凹部３５は、断面が凹状の曲面となっており、本実施形態では、凹部３５は、底面が半球面状になっている。そして、当該凹部３５に、例えばシリコーン系樹脂などの透光性封止材料５１を充填する。なお、本実施形態では、透光性封止材料成形用型３０の材質はステンレスである。

次に、図６（ｂ）に示されるように、スキージ６を用いて過剰な厚さ分の透光性封止材料５１を除去する。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、透光性封止材料成形用型３０の上面が露出する程度まで、透光性封止材料５１を除去する。

次に、図６（ｃ）に示されるように、圧力７をかけて、透光性封止材料５１内部の気泡５を除去する。本実施形態では、透光性封止材料５１の上から圧力をかける。圧力をかける手段としては気体による圧力が好ましい。このとき、気体としては、透光性封止材料５１を変性させることがない気体であれば特に制限はなく、空気または窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。これにより、気泡５を除去することができる。この場合、圧力は、大気圧と比して１．０ｋＰａ〜４．０ｋＰａ大きいことが好ましい。圧力が１．０ｋＰａ以下の場合は、透光性封止材料５１に含まれる気泡５を除去することができず、４．０ｋＰａ以上の場合は、透光性封止材料５１の表面の形状が不均一になってしまう。特に好ましい範囲は２．０ｋＰａから３．０ｋＰａである。前記圧力は、完全密閉型カバー内で空圧をかけることにより均一に透光性封止材料５１に圧力がかかり完全に気泡５がなくなり、また透光性封止材料５１と蛍光体含有部４０との密着度、および、基体１０と透光性封止材料５１との密着度も向上する。なお、ここで、「完全密閉」とは、完全であることをいうのでなく、完全な状態を目指した条件下であるとの意味である。

次に、図６（ｃ）および（ｄ）に示されるように、蛍光体含有部４０で被覆された半導体発光素子２０を、気泡５が除去された透光性封止材料５１内（すなわち、凹部３５）に挿入するように、基板１０を移動させる。このとき、レンズ形状の凹部３５の軸心と、半導体発光素子２０の発光中心軸とが一致するように、基板１０を移動させる。

その後、図６（ｅ）に示すように、熱硬化性を有する接着剤を含有した透光性封止材料５１を熱硬化炉にて硬化させて、透光性封止材料成形用型３０を半導体発光素子２０を実装した基板１０から取り除く。このとき、硬化された透光性封止材料５１が、透光性封止体５０となる。以上の工程により、半導体発光素子２０の周囲に、気泡が含まれない蛍光体含有部４０を成形することができるとともに、蛍光体含有部４０の周囲に、気泡が含まれないレンズ形状の透光性封止体５０を形成することができる。

なお、透光性封止材料成形用型３０の凹部３５の形状を変えることで、半導体発光装置１の発光面積を調整することができる。具体的には、凹部３５の曲面の径を変更することで、透光性封止体５０の外径が変わり、発光面積を調整することができる。

以上のように、本実施形態の半導体発光装置１の製造方法は、基体１０上に配置された半導体発光素子２０を、蛍光体含有材料４１で覆う工程と、レンズ形状の凹部３５を有する透光性封止材料成形用型３０の当該凹部３５に透光性封止材料５１を充填する工程と、透光性封止材料５１に気圧をかける工程と、蛍光体含有材料４１で覆われた半導体発光素子２０を透光性封止材料成形用型３０の凹部３５に挿入するように、基体１０を透光性封止材料成形用型３０上に配置する工程と、透光性封止材料５１を硬化させて、透光性封止材料成形用型３０を基体１０から取り除き、レンズ形状の透光性封止体５０を成形する工程と、を含む。

これにより、半導体発光素子２０上に蛍光体含有部４０を介してレンズ形状の透光性封止体５０が形成されることとなる。その結果、半導体発光素子２０から発光された光は、その一部が蛍光体によって所望の波長の光に変換され、例えば、白色光となる。この際、透光性封止体５０は、レンズ形状であるため、半導体発光素子２０から発光された光を集光して、外部に照射する。これにより、光取り出し効率が高まるとともに、輝度も高くなる。

また、透光性封止材料成形用型３０の凹部３５に透光性封止材料５１を充填し、当該凹部３５に半導体発光素子２０を挿入することで半導体発光装置１を形成することができるため、安価で容易に製造することができる。

また、透光性封止材料５１に対して気体による圧力をかけて気泡を除去しているため、半導体発光素子２０は、気泡が少ない透光性封止材料５１によって覆われる。透光性封止材料５１に気泡が含まれている場合、その空間の分だけ透光性封止材料５１の厚みが異なってしまうため、発光むらを生じさせる一因となる。しかし、上記の構成によれば、半導体発光素子２０は、気泡が少なくまた密着度が高い状態で透光性封止体５０に覆われ、さらに、圧力をかけて形成されているため、基体１０との密着度をも向上したレンズ形状の透光性封止体５０で覆われることができる。そのため所望の光放射特性を実現できる半導体発光装置１を提供できる。また、半導体発光素子２０間での透光性封止体５０の形状のばらつきを低減でき、歩留まりの低下を抑制することができる。

このように、本実施形態によれば、光取り出し効率が高く、安価で高輝度化ならびに高精細化を達成しうるような半導体発光装置の製造方法および半導体発光装置を実現することができる。

上記説明では、図１に示す構造の半導体発光素子２０について説明したが、この構造に限定されることはない。たとえば、図２および図３に示すような他の構造の半導体発光素子に応用することができる。図２および図３は、他の構造の半導体発光素子を説明する断面図である。

図２は、基体１０の上にｐ型半導体層２８、発光体層２６、ｎ型半導体層２４および素子基板２２ａが順次形成された半導体発光素子２０ａの周囲が蛍光体含有部４０で覆われており、さらに、その周囲が透光性封止体５０で覆われている半導体発光装置１ａを示している。

図３は、基体１０の上に素子基板２２ｂ、ｐ型半導体層２８、発光体層２６およびｎ型半導体層２４が順次形成され半導体発光素子２０ｂの周囲が蛍光体含有部４０で覆われており、さらに、その周囲が透光性封止体５０で覆われている半導体発光装置１ｂを示している。

なお、素子基板２２・２２ａ・２２ｂは、図１，２，３の各図で示される形態に最適な材料が適宜選択される。例えば、図３に示した素子基板２２ｂとしては、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ（タングステン）、Ｃｕ−Ａｇ、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）などを用いてもよい。

また、上記説明では、図６（ｅ）で示したように、各半導体発光素子２０に対して１つのレンズ形状の透光性封止体５０を形成するものとした。しかしながら、この構造に限定されることはなく、複数個の半導体発光素子２０に対して、１つのレンズ形状の透光性封止体５０を一体に形成してもよい。

図４（ａ）〜（ｃ）は、複数個の半導体発光素子２０を１ライン上に配置し、その上にレンズ形状（図４の場合、半円筒形状）の透光性封止体５０を被覆した半導体発光装置１ｄを示している。なお、図４（ａ）は半導体発光装置１ｄの斜視図を示している。また、図４（ｂ）は、半導体発光素子２０が配置された箇所で、半導体発光装置１ｄを長手方向に平行な面で切った場合の断面図を示している。さらに、図４（ｃ）は、半導体発光素子２０が配置された箇所で、半導体発光装置１ｄを長手方向に垂直な面で切った場合の断面図である。

図４（ａ）〜（ｃ）に示した半導体発光装置１ｄにおいても、透光性封止体５０がレンズ形状であるため、光取り出し効率が高く、輝度も向上する。

なお、複数個の半導体発光素子２０に対して、レンズ形状の透光性封止体５０を一体に形成する場合、図４（ａ）〜（ｃ）に示したように１ライン上に配置する実施例に限らない。配置形状としては、マトリクス状、円形状、六角形状、異形状などであってもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る半導体発光装置およびその製造方法は、半導体発光素子の周囲にスクリーン印刷法でレンズ形状の透光性封止体を形成するのに有用である。

本発明の実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体発光装置の他の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、半導体発光素子が配置された箇所で、半導体発光装置を長手方向に平行な面で切った場合の断面図、（ｃ）は、半導体発光素子が配置された箇所で、半導体発光装置を長手方向に垂直な面で切った場合の断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、半導体発光素子の周囲に蛍光体含有部を形成するときの製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、蛍光体含有部で覆われた半導体発光素子の周囲に透光性封止体を形成するときの製造工程を示す断面図である。 従来技術における半導体発光素子を示す断面図である。

符号の説明

１・１ａ・１ｂ・１ｄ 半導体発光装置
５ 気泡
７ 圧力
１０ 基体
２０・２０ａ・２０ｂ 半導体発光素子
３０ 透光性封止材料成形用型（成形用型）
３５ 凹部
４０ 蛍光体含有部
４１ 蛍光体含有材料
５０ 透光性封止体
５１ 透光性封止材料

Claims (10)

1. 基体と、
   前記基体上に設けられた半導体発光素子と、
   蛍光体を含み、前記半導体発光素子を覆う蛍光体含有部と、
   前記蛍光体含有部で覆われた前記半導体発光素子を封止するための透光性封止体と、を含み、
   前記透光性封止体は、レンズ形状の凹部を有する成形用型の当該凹部に透光性封止材料を充填し、気体による圧力をかけて気泡を除去した後、前記蛍光体含有部で覆われた前記半導体発光素子を当該凹部に挿入し、前記透光性封止材料を硬化して形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記半導体発光素子の発光中心軸と、レンズ形状の前記透光性封止体の軸心とが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。
3. 前記透光性封止体は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂等の少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
4. 前記基体上に、少なくとも２個以上の前記半導体発光素子が載置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装置。
5. 前記半導体発光素子は、近紫外線から赤外線領域で発光する素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
6. 前記蛍光体は、ガドリニウムおよびセリウムが添加された、ＹＡＧ系（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＢＯＳ系（Barium Ortho-Silicate）、ＴＡＧ系（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
7. 基体上に配置された半導体発光素子を、蛍光体含有材料で覆う工程と、
   レンズ形状の凹部を有する成形用型の当該凹部に透光性封止材料を充填する工程と、
   前記透光性封止材料に気圧をかける工程と、
   前記蛍光体含有材料で覆われた前記半導体発光素子を前記成形用型の前記凹部に挿入するように、前記基体を前記成形用型上に配置する工程と、
   前記透光性封止材料を硬化させて、前記成形用型を前記基体から取り除き、レンズ形状の透光性封止体を成形する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
8. 前記気圧は、大気圧と比して１．０ｋＰａ〜４．０ｋＰａ大きい圧力であることを特徴とする、請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
9. 前記気圧をかける工程は、完全密閉型カバー内で空圧をかけることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
10. 前記成形用型は、少なくとも２つ以上の前記凹部を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。

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