JP2014120572A - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤ素子を配列した半導体発光装置において、輝度むら及び色むらを低減する。
【解決手段】基板１１上に配置された複数の半導体素子１３と、各半導体素子１３の上を覆う蛍光体層１４と、蛍光体層１４の上に配置された光学部材１５と、基板上面に反射樹脂層１６とを備え、隣接する半導体素子の間隙には、蛍光体含有樹脂層が存在しない領域が形成されている。この該領域に面した光学部材と、基板上に形成された反射樹脂層との間には空気層１８が形成されている。ＬＥＤ素子間に存在する蛍光体含有樹脂層を減らすことにより、蛍光体含有樹脂層に起因する色むらを解消するとともに、その領域の反射樹脂層上に空気層を設けることにより蛍光体含有樹脂層を減らすことによるＬＥＤ素子間の輝度の低下を防止し、輝度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体素子を備えた半導体発光装置に係り、特に輝度むらを抑制した半導体発光装置に関する。

半導体発光素子を利用した発光装置は、自動車のヘッドランプや各種照明などの光源に利用されており、その多くは半導体発光素子からの光を蛍光体で代表される波長変換材料で変換し、発光素子からの光との混合光として利用する。この種の発光装置は、半導体発光素子の上に蛍光体を含む層（蛍光体層）を形成し、その上をガラス等のカバーで覆った構造を有している（特許文献１、特許文献２）。

上述した構造の半導体発光装置では、サイズや出力の増大を図るために複数の発光素子を一列に或いは二次元的に配置して一つの発光装置としたものが多用されている。このような半導体発光装置は例えば次のような製造方法により製造される。まず一枚の基板上に複数の発光素子を搭載し、各発光素子の上に蛍光体含有樹脂をポッティング等により滴下する。次いで蛍光体含有樹脂の上からガラス板等の透明部材を載せ、発光素子上の樹脂の厚みが均一となるようにガラス板を圧接した後、樹脂を硬化させる。この際、滴下する蛍光体含有樹脂の量を調整し、発光素子の上面だけでなく側面も覆うように蛍光体層を形成する。その後、発光素子と基板との間、複数の発光素子の周囲及び発光素子間に高い反射性の材料、例えば白色樹脂を充填する。これにより発光素子の側面からの光も白色樹脂で反射されて出射され、発光素子からの光を無駄にすることなく光の取り出し効率を高めることができる。

特許文献２に記載された技術では、隣接する発光素子の間に存在する蛍光体含有樹脂層に適切な傾斜面を形成することにより、この傾斜面での反射により光の取り出し効率をさらに向上できることが開示されている。

特開２００９−２１８２７４号公報 特開２０１２−１２９２３７号公報

複数の素子を配置した半導体発光装置は、上から見たときに素子の直上と、隣接する素子間とでは、輝度や色味が異なるという問題がある。この原因の一つは、上述した製造方法で蛍光体含有樹脂層を形成する際に、硬化前の蛍光体含有樹脂の上からガラス板を押しつけたときに、蛍光体含有樹脂がガラス板面を広がり隣接する発光素子間でつながり、発光素子間に、発光素子直上の蛍光体含有樹脂層よりも厚みが厚い蛍光体含有樹脂層が形成されることである。厚い蛍光体含有樹脂層が存在する部分では、ここからの発光は発光素子直上からの発光に比べ色味が蛍光体の蛍光が支配的になる。汎用されている青色系発光素子とＹＡＧ系の蛍光体を組み合わせた白色発光の半導体発光装置では、発光素子直上に比べ、発光素子間は黄色味の強い発光になる。

特許文献２に記載された技術では、発光素子間に蛍光体含有樹脂層の傾斜面を形成しているため、素子間に存在する蛍光体含有樹脂の量は制限され、素子間の発光色において蛍光体の蛍光が支配的になるという上述の問題は軽減されるが、素子直上の輝度に比べ、素子間の輝度が低いという問題がある。

本発明は、複数の発光素子を配置した半導体発光装置において、素子間に生じやすい色むら及び輝度むらの問題を解決することを課題とする。

本発明は、各発光素子の上面及び側面を覆う蛍光体含有樹脂層を隣接する樹脂層と分離して形成するとともに、発光素子と発光素子との間の空隙上部に反射性材料が充填されない空気層を設けることにより上記課題を解決したものである。

すなわち本発明の半導体発光装置は、基板上に間隙を持って配置された複数の半導体素子と、各半導体素子の上を覆う蛍光体含有樹脂層と、前記蛍光体含有樹脂層を介して前記複数の半導体素子が配置された基板を覆う光学部材と、前記基板の、前記半導体素子が固定された部分を除く上面に形成された反射樹脂層とを備え、隣接する半導体素子の間隙には、前記蛍光体含有樹脂層が存在しない領域を有し、当該領域に面した前記光学部材と、前記基板上に形成された前記反射樹脂層との間に空気層を有することを特徴とする。

また本発明の半導体発光装置は、基板上に間隙を持って配置された複数の半導体素子と、各半導体素子の上を覆う蛍光体含有樹脂層と、前記蛍光体含有樹脂層を介して前記複数の半導体素子が配置された基板を覆う光学部材と、前記基板の、前記半導体素子が固定された部分を除く上面に形成された反射樹脂層とを備え、前記基板上の、隣接する半導体素子の間隙であって、前記反射樹脂層と前記光学部材との間に、空気層が設けられていることを特徴とする。

さらに本発明の半導体発光装置の製造方法は、 基板上に複数の半導体素子を搭載するステップ（１）と、前記基板に搭載された各半導体素子の上に、蛍光体含有樹脂をポッティングするステップ（２）と、前記各半導体素子上の蛍光体含有樹脂が、隣接する半導体素子上の蛍光体含有樹脂と接触しないように、前記蛍光体含有樹脂の上に光学部材を配置し、前記蛍光体含有樹脂を硬化させるステップ（３）と、前記基板の、前記半導体素子が固定された部分を除く上面に反射樹脂層を形成し、隣接する半導体素子の間隙において前記反射樹脂層と前記光学部材との間に空気層を形成するステップ（４）と、を含む。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、好適には、さらに前記ステップ（４）において前記反射樹脂を硬化させた後に、前記複数の半導体素子の側面に反射樹脂層を形成するステップ（５）をさらに含む。

本発明によれば、発光素子間に蛍光体含有樹脂層（以下、蛍光体層ともいう）が存在しない領域を形成することによって発光素子間で蛍光体層からの発光色が強くなることを防止でき、色むらが改善される。さらに発光素子間の領域の下部に反射樹脂層、上部に空気層が存在することによって、隣接する２つの発光素子の側面及び蛍光体層から発せられる光が空気層で混合し且つ反射樹脂層で反射されて出射側に向けられるので、発光素子間で輝度が低下することなく輝度むらのない半導体発光装置を提供することができる。

本発明の半導体発光装置の第一実施形態を示す側断面図。 第一実施形態の透明部材の表面に形成されたぬれ性変化領域のパターンを示す図で、（ａ）は、透明部材を発光素子側から見た平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれぬれ性変化領域のパターンの変更例を示す図。 ぬれ性変化領域のパターンの機能を説明する図。 （ａ）、（ｂ）は、空気層の機能を説明する図。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の半導体発光装置の製造方法の一実施形態を示す工程図。 本発明の半導体発光装置の第二実施形態を示す側断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第二実施形態の半導体発光装置で使用される透明部材を示す図で、（ａ）は、透明部材を発光素子側から見た平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、透明部材に形成された凸部の変更例を示す図、（ｅ）〜（ｈ）は、それぞれ透明部材に形成された凹部の例を示す図。 凸部の機能を説明する図。

以下、本発明の半導体発光装置の実施形態を、図面を参照して説明する。まず図１を参照して、本発明の各実施形態に共通する半導体発光装置の基本的な構造と各要素について説明する。図１は、第一実施形態の半導体発光装置の側断面を示す図である。

図示するように、本実施形態の半導体発光装置１０は、実装基板１１と、実装基板１１の外周に沿って設けられた外壁１２と、実装基板１１上に搭載された複数のＬＥＤ素子１３と、各ＬＥＤ素子１３の上に形成された蛍光体層１４と、複数のＬＥＤ素子１３及びその上の蛍光体層１４を覆う透明部材（光学部材）１５と、ＬＥＤ素子１３の底面及び側面を覆う反射樹脂層１６とを備えている。図ではＬＥＤ素子１３が２つの場合を示しているが、ＬＥＤ素子の数は３以上であってもよく、また配列方向は一次元方向であってもよいし、二次元方向に配列するものであってもよい。

本実施形態の半導体発光装置１０は、隣接する発光素子１３、１３の間に蛍光体層１４が形成されていない領域を有し、この領域の上部、すなわち反射樹脂層１６と透明部材１５との間に空気層１８が設けられていることが特徴である。

実装基板１１は、例えば、Ａｕなどの配線パターンが形成されたＡｌＮセラミック性の基板からなり、その配線パターンにＡｕバンプ１７等の導電性材料によりＬＥＤ素子１３が機械的且つ電気的に接続されている。

外壁１２は、反射樹脂層１６を構成する白色樹脂を注入する時の枠体となるもので、セラミック等からなり、実装基板１１に接着剤等により固定される。白色樹脂は、ＴｉＯ₂添加シリコーン樹脂等の高反射材入り樹脂からなり、実装基板１１とＬＥＤ素子１３との間及びＬＥＤ素子１３の側面に充填され、ＬＥＤ素子１３からの光を反射し発光装置の光出射側に向ける。但し、ＬＥＤ素子とＬＥＤ素子の間は、上部に空気層１８が残るように白色樹脂を充填する。空気層１８の機能と大きさについては後述する。

ＬＥＤ素子１３は、上面から光を発する構造のものであれば種類は特に限定されず、２つの電極端子部が上面に形成されたフェイスアップ素子、２つの電極端子部が下面に形成されたフリップ素子、２つの電極端子部が上面と下面に形成されたＭＢ（メタルボンド）素子等の公知の発光素子であって、蛍光体と組み合わせて所望の発光が得られるものを選択して用いられる。例えば、青色光や紫外光を発光するＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧaＮ系などのＬＥＤ素子が用いられる。

蛍光体層１４は、ＬＥＤ素子１３が発する光により励起されて所定波長の蛍光を発する蛍光体を、ＬＥＤ素子１３が発する光及び蛍光に対して透明な樹脂に分散させたものである。一例として、ＬＥＤ素子がＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの青色から紫色の光を発する発光素子の場合、ＹＡＧ系やＳｉＡｌＯＮなどの蛍光体が用いられ、これにより白色の光を取り出すことができる。樹脂としては例えばシリコーン樹脂が用いられる。樹脂に含まれる蛍光体の含有量は、製造時の蛍光体含有樹脂の粘度や蛍光体層の厚みとの関係で適切な量に調整されており、通常、樹脂と蛍光体は同程度の重量である。

蛍光体層１４は、蛍光体のほかに所定の粒子径のビーズを含んでいてもよい。ビーズはＬＥＤ素子１３とガラス板１５との間に挟まれることによって、蛍光体層１４の厚みを均一にするスペーサとして機能するものであり、蛍光体の最大粒子径と同等かそれ以上の粒子径のものが用いられる。特に限定されるものではないが、例えば蛍光体の平均粒子径が２５〜３０μｍの場合、３５〜４０μｍ程度のビーズが用いられる。

透明部材１５は、ＬＥＤ素子１３が発する光及び蛍光に対し透明なガラスや透明な樹脂などからなる部材で、図では両面が平坦な板材を示しているが、蛍光体層に接する面と反対側の面は、レンズ形状などが形成されていてもよい。蛍光体層と接する面は、蛍光体層の厚みを一定にするため概ね平坦であるが、蛍光体層を形成する際に、隣接するＬＥＤ素子上の蛍光体層（未硬化の蛍光体含有樹脂）同士がついて連続してしまわないように、蛍光体含有樹脂の広がりを制御する制御手段が形成されている。以下、透明部材１５に形成される制御手段が異なる実施形態を説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の半導体発光装置は、透明部材（光学部材）１５の蛍光体層と接する表面に、ぬれ性の異なる領域を形成し、ぬれ性の違いによって蛍光体含有樹脂の広がりを制御していることが特徴である。

すなわちＬＥＤ素子の間隙に対応する透明部材１５の表面に、未硬化の蛍光体含有樹脂に対するぬれ性が低い領域（第二領域）と、それを挟んで両側に、蛍光体含有樹脂に対するぬれ性が高い領域（第一領域）とを設ける。

第一領域および第二領域の形成パターンの一例を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）は、透明部材１５を、蛍光体層に接する表面側から見た図で、この表面におけるＬＥＤ素子直上の領域２０を点線で囲んで示している。図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。また形成パターンの変更例を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。

図２に示す実施例では、第一領域２１はＬＥＤ素子直上の領域２０を含み、その外周を囲むように形成されている。それ以外の領域が蛍光体含有樹脂に対しぬれ性が低い第二領域２２となっている。図３（ａ）に示す実施例では、隣接するＬＥＤ素子１３の間の直上に当たる部分を第二領域２２とし、それ以外を第一領域２１としている。この実施例では第二領域２２の幅Ｗは、ＬＥＤ素子１３の間隔Ｄよりも狭く、図２の実施例と同様に第一領域２１はＬＥＤ素子直上の領域２０の外周よりも外側まで広がっている。図３（ｂ）に示す実施例では、ＬＥＤ素子直上の領域２０の外周を囲むように第一領域２１が形成され、それ以外の領域は第二領域２２となっている。また図３（ｃ）に示す実施例では、ＬＥＤ素子直上の領域２０の、他のＬＥＤ素子直上の領域２０と隣接する一辺に沿って、第一領域２１が形成され、その間が第二領域２２となっている。

これら実施例に共通する特徴は、ＬＥＤ素子直上の領域２０の、少なくとも隣接する領域２０との間に、領域の外周を含むように第一領域２１が形成され、第一領域２１と隣接する第一領域２１とに挟まれる第二領域２２の幅ＷはＬＥＤ素子の間隔Ｄより狭いこと、すなわち第一領域２１がＬＥＤ素子直上の領域２０の外周から所定の幅（＝（Ｄ−Ｗ）／２）はみ出して形成されていることである。このような幅を設けることにより、蛍光体含有樹脂がＬＥＤ素子直上の領域２０に留まらず、ある程度外側に広がることによって、ＬＥＤ素子の側面から透明部材１５表面に至るメニスカスによる曲面を持つフィレット（外周部）が形成され、ＬＥＤ素子の側面からの光を有効に利用することができる。

ただし、フィレット構造はあまり大きくしすぎると黄ムラの原因となる。よって、図２（ａ）や図３（ｂ）に示したようにそれぞれの素子の四方が第二領域２２に囲まれるようにするのが好ましい。

図４を参照して、第一領域及び第二領域からなるパターンの機能及び上記フィレット１４１を形成するに必要な第一領域２１の幅について説明する。

図４に示すように、ＬＥＤ素子１３の上に滴下された未硬化（液状）の蛍光体含有樹脂は、透明部材１５を上から圧接することにより、ＬＥＤ素子１３の上面から横方向に広がる。このとき例えばスペーサが含まれている場合にはそのサイズに応じた厚みとなり、厚みとＬＥＤ素子１３の上面の面積で決まる体積に対し余剰の蛍光体含有樹脂は、透明部材１５とＬＥＤ素子１３の側面に広がる。ここで透明部材１５の第一領域２１は、蛍光体含有樹脂に対するぬれ性が良好なのでそのまま広がり続けるが、第二領域２２はぬれ性が低いため樹脂ははじかれ、それ以上広がることが阻止され、第一領域２１とＬＥＤ素子１３の側面を覆う状態となる。この状態では蛍光体含有樹脂の表面張力により、第一領域２１と第二領域２２との境界からＬＥＤ素子１３の側面にかけて内側に凹んだフィレット１４１が形成される。

このようなフィレット１４１が形成されることによって、ＬＥＤ素子の側面から発する光を、無駄にすることなく、光の取り出し効率を高めることができる。しかもフィレットは厚みがＬＥＤ素子１３の側面から隣接するＬＥＤ素子１３との間隙側に行くにつれて減少する形状をしているため、蛍光体の蛍光色が目立つことなく色むらのない発光となる。

フィレット１４１を形成し且つ隣接する蛍光体層１４がつながってしまうのを防止するためには、蛍光体含有樹脂に対するぬれ性の良好な第一領域２１は、ＬＥＤ素子直上領域２０の外周を含んでその外側に設けられ且つ隣接する第一領域２１との間に第二領域２２が形成されていればよく、図３（ｂ）や（ｃ）に示したように、必ずしもＬＥＤ素子直上の領域２０を覆っている必要はない。第一領域２１がＬＥＤ素子直上領域２０の外周からはみ出す幅Ｄ₂₁は、ＬＥＤ素子の大きさや蛍光体層１４の厚み、蛍光体層１４に含まれる蛍光体粒子の大きさなどによって適宜決めることができる。

図４を参照して、第一領域２１及び第二領域２２の幅の最適な範囲について説明する。ＬＥＤ素子１３の間隔をＷ、第二領域２２の幅をＤとするとき、両側の蛍光体層１４がつながるのを防止し且つフィレット１４１を形成するため、第二領域２２の幅Ｄは、Ｗ＞Ｄ＞０を満たす必要がある。但し第二領域２２の幅Ｄが蛍光体層１４に含まれる蛍光体粒子の粒子径よりも小さい場合には、フィレット１４１からはみ出した蛍光体粒子が隣接する蛍光体層１４とつながる可能性があるので、第二領域２２の幅Ｄは蛍光体粒子の粒子径より大きいことが好ましく、蛍光体層同士がつながることを確実に防止するためには最大粒子の粒子径より大きいことが好ましい。

一方、ＬＥＤ素子側面からの光を取り出すのに十分なフィレットを形成するためには、第一領域２１がＬＥＤ素子直上領域２０の外周からはみ出す幅Ｄ₂₁（Ｄ₂₁＝（Ｗ−Ｄ）／２）は、製造時の位置合わせ精度から素子間隔の１０％程度以上が好ましい。これによりＬＥＤ素子側面から光を有効に利用して発光効率を高めることができる。従って、隣接する蛍光体層がつながらず、且つ適切なフィレットが形成されるための幅Ｄ₂₁の好適な範囲は、
[素子間隔の10％]≦Ｄ₂₁≦[（素子間隔）−（蛍光体粒子の最大粒子径）]÷２
となる。一例として、ＬＥＤ素子の厚み（側面の高さ）が約１００μｍ、ＬＥＤ素子間の間隔が１００μｍ程度、蛍光体粒子の最大粒子径が約３０μｍの発光装置の場合、幅Ｄ₂₁は１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、３５μｍ以下である。

次に隣接する蛍光体層１４と蛍光体層１４との間（蛍光体層が存在しない領域）に設けられる空気層１８の機能と好適な高さについて、図５を参照して説明する。

蛍光体層１４の側面に、ＬＥＤ素子１３の側面を覆うフィレットを設けたことによりＬＥＤ素子１３の側面から出た光は、蛍光体層１４のフィレットの部分を通り、ここでＬＥＤ素子１３からの光とそれによって蛍光体が発する光とが混合されて外側に取り出される。混合光はフィレットとその外側との界面で一部が全反射されるが残りはフィレットから空気層１８側に出て、隣接するＬＥＤ素子１３の蛍光体層から出た光と混合されて、透明部材１５の光出射側から取り出される。ここで隣接する蛍光体層のフィレット間が完全に白色樹脂で埋められている場合には、フィレットからの光はフィレットと白色樹脂との界面で全て反射されるため、ＬＥＤ素子１３間の蛍光体層が存在しない領域では透明部材１５を通して取り出される光が殆どない状態となる。このような発光装置を上から見た場合、ＬＥＤ素子１３間では輝度が低く、結果として輝度むらを生じる。これに対し、ＬＥＤ素子１３間に空気層１８を設けた場合には、ＬＥＤ素子１３間の蛍光体層が存在しない領域からも光が取り出されるので、輝度むらが解消される。またこの領域からの光は、基本的にＬＥＤ素子１３からの光と蛍光体層１４からの光が混合したものであるが、厚みの厚い蛍光体層を通過していないので、蛍光体からの光が支配的になることはなく色むらの発生も解消される。

空気層１８の厚み（反射樹脂層１６表面から透明部材１５までの高さ）Ｈは、ＬＥＤ素子１３の高さＴ₁₃や間隔Ｗ、及び蛍光体層の厚みＴ₁₄や蛍光体層が存在しない領域の幅（第二領域の幅Ｄ）によって異なるが、［ＬＥＤ素子の高さＴ₁₃］と［蛍光体層の厚みＴ₁₄］を足した値（Ｈ（max））よりも少ないことが好ましい。これより空気層１８の厚みを厚くすると、その分、反射樹脂層１６の厚みが少なくなり、ＬＥＤ素子１３と反射樹脂層１６との間に空隙ができ、ＬＥＤ素子１３から裏面方向に光が出ることになり光取り出し効率が低下するからである。また空気層１８の厚みの最少値Ｈ（min）としては、特に限定されないが１μｍ以上、位置精度の観点から１０μｍ以上が好ましい。

次に透明部材１５の表面のぬれ性を変化させる手法について説明する。蛍光体含有樹脂に対するぬれ性を変化させる手法としては、例えば、所定の領域の表面に微細凹凸を形成する、所定の領域の表面に蛍光体含有樹脂をはじく塗膜或いは蛍光体含有樹脂に対しぬれ性の大きい材料からなる塗膜を形成する、などの手法を採用することができる。

表面に微細な凹凸を形成する（粗面化する）ことにより、平坦な透明部材１５の表面のぬれ性を高めることができ、上述した第一領域が形成される。微細な凹凸を付与する一般的な手法として、ケミカルエッチングやブラスト法があり、透明部材１５の材料に応じて適宜選択することができる。透明部材１５がガラスからなる場合にはブラスト法が好適である。凹凸の粗さは、山高さで「ｎｍ」から「μｍ」のオーダーが好ましい。またぬれ性を高めるとともに光の取り出し効率を向上するために、算術平均粗さＲａを０．２μｍ以上であることが好ましく、０．４μｍ以上であることがより好ましい。またぬれ性を高めるとともに蛍光体層１４の厚みの均一性を保つために、Ｒａは２μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以下であることがより好ましい。Ｒａを２μｍ以下にすることにより、凹凸の隙間に粒子径の小さい蛍光体が入り込んで蛍光体樹脂中で不均一になり色ムラが生じやすくなることを防止できる。

塗膜によってぬれ性を変化させ場合、第二領域用として、はっ水性のあるフッ素樹脂などを用いることができる。第一領域用としては、透明基材１５及び蛍光体層１４のいずれにも接着性の高いシリコーン系の樹脂などを用いることができる。塗膜によってぬれ性を変化させる場合には、透明部材１５の表面の第二領域とすべき部分に、はっ水性のある樹脂塗膜を形成する、或いは第一領域とすべき部分にぬれ性の高い樹脂塗膜を形成する、のいずれでもよいし、両方の領域にそれぞれ塗膜を形成してもよい。また上述した第一領域の粗面化と組み合わせることも可能である。

塗膜の厚みは塗工方法による制限があるが、２μｍ以下が好ましい。また塗膜を形成する場合には、塗膜の存在によってＬＥＤ素子上の蛍光体層１４の厚みが不均一にならないようにするため、第一領域および第二領域の形成パターンは、図２（ａ）又は図３（ｂ）のパターンが好ましい。また、黄ムラを防止するという観点からもそれぞれの素子が第二領域２２に囲まれる図２（ａ）や図３（ｂ）のパターンが好ましい。

次に第一実施形態の半導体発光装置の製造方法を、図６を参照して説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、実装基板１１の上面に形成された配線パターンに、複数のＬＥＤ素子１３を所定の間隔で搭載し、バンプ１７により接続する。

次に蛍光体を分散させた未硬化の樹脂１４’をディスペンサ等で適量ポッティングする（図６（ｂ））。蛍光体含有樹脂のポッティング量は、所定の厚みの蛍光体層がＬＥＤ素子上面全体を覆い且つその側面にフィレットが形成できる量であり、計算及び経験値から適切な量が決められる。本実施形態では蛍光体層が隣接する素子間では形成されないように制御されるため、従前よりも少ない量でよい。

一方、ガラス等の光学部材の表面を、図２及び図３に示したような所定のパターンで、ブラスト法やエッチング法により粗面化処理し、粗面化した領域（第一領域）と粗面化していない領域（第二領域）を持つ透明部材１５を用意する。所定のパターンの粗面化は、例えば粗面化しない部分をマスク等で保護して処理することにより行うことができ、また一枚のガラス等の表面に複数の所定パターンを形成して複数の発光装置用の透明部材を作成し、その後カッティングし、一つの発光装置用の透明部材を用意してもよい。一つの発光装置用の透明部材の大きさは複数のＬＥＤ素子の配列面積よりも若干大きい面積であり、粗面化パターンはＬＥＤ素子のサイズに対応している。

このように用意した透明部材をＬＥＤ素子上にポッティングした未硬化の樹脂の上に載せる（図６（ｃ））。透明部材の実装は、例えば上面から透明部材のエッジ部分と最外側に配置されたＬＥＤ素子のエッジを認識させ、透明部材１５の第一領域２１がＬＥＤ素子外周を覆うように位置合わせして行う。

未硬化樹脂の厚みが所定の厚みになるまで、例えば透明部材がスペーサに接触するまで押圧していくと、未硬化樹脂はＬＥＤ素子と透明部材との間に広がっていく。ぬれ性の良好な透明部材の第一領域では樹脂は表面張力により透明部材の表面を広がり続けるが、第一領域よりもぬれ性の悪い第二領域との境界で広がりが阻止され、それ以上広がることはない。これにより透明部材の第二領域の下側には未硬化樹脂が存在しない空隙となる。またＬＥＤ素子上面から外側にはみ出た樹脂は、ＬＥＤ素子の側面にも広がり、側面から第一領域と第二領域との境界を結ぶ凹状の曲面を持つフィレットが形成される。

未硬化樹脂を所定の硬化条件、例えば１５０℃、４時間の硬化時間で硬化し、ＬＥＤ素子１３と蛍光体層１４と透明部材１５が固着した構造を製造する。その後、実装基板１１の外周に沿って、複数のＬＥＤ素子１３を囲むように外壁１２を接着し、その内側に白色樹脂１６’を注入する。その際、白色樹脂１６’は外壁の高さより低い位置まで充填し、白色樹脂１６’の上面と透明部材１５の下面との間に所定の間隔を設ける。この間隔がＬＥＤ素子１３間における空気層１８となる。従って白色樹脂１６’を充填する高さは、白色樹脂硬化後の高さが、外壁の高さ（基板１１上面から透明部材１５上面までの距離）から空気層１８の厚みと透明部材１５の厚みを引いた高さとなるようにする。次いで白色樹脂を硬化し、ＬＥＤ素子間の上部に空気層１８が形成された反射樹脂層１６を形成する。

最後に、外壁１２に沿って、ＬＥＤ素子の周囲に外壁１２とほぼ同じ高さまで白色樹脂を充填する（図６（ｅ））。このときトンネル状に形成された空気層１８の両側を挟んだ外壁とＬＥＤ素子との空隙から白色樹脂を注入することにより、空気層１８の両端が白色樹脂で塞がれ内部に空気が留まるので、空気層１８が白色樹脂で充填されてしまうことはない。２度目に充填した白色樹脂を硬化することにより図１に示したような半導体発光装置が得られる。

なお上述の製造方法では、透明部材の第一領域を粗面化処理によって形成した場合を説明したが、樹脂塗膜を形成する場合には、例えば、第一領域となる部分をマスクして第二領域にはっ水性樹脂からなる樹脂塗膜をウェットコーティング等により形成すればよく、その他の工程は同様である。

第一実施形態の発光装置によれば、透明部材１５の表面に、蛍光体含有樹脂に対するぬれ性を異ならせた領域を設けることにより、容易にＬＥＤ素子１３の側面を覆うフィレットを持つ蛍光体層を形成することができるとともに隣接するＬＥＤ素子間に蛍光体層が存在しない領域を形成することができる。そして、ＬＥＤ素子間の蛍光体層が存在しない領域の上部を空気層とすることで、この領域から、両側のＬＥＤ素子及び蛍光体層からの光が混合した光を取り出すことができ、色むら、輝度むらのない発光装置が得られる。

＜第二実施形態＞
本実施形態でも、ＬＥＤ素子間に蛍光体層が存在しない領域を形成すること及びその領域の上部に空気層を形成することは第一実施形態と同じである。第二実施形態では、ＬＥＤ素子間に蛍光体層が存在しない領域を形成するための蛍光体含有樹脂の広がりを制御する手段が異なる。以下、異なる点を中心に第二実施形態を説明する。

図７に第二実施形態の発光装置１００の側断面、図８にこの発光装置に組み込まれた透明部材３５の平面図及び断面図を示す。図７において、図１と同じ要素は同じ符号で示しており、それらの説明は省略する。

図７、８に示すように、第二実施形態の発光装置は、透明部材３５の蛍光体層１４と接する表面の、ＬＥＤ素子間に対応する部分に基板側に突出する線状の凸部３６または凹部が形成されていることが特徴である。凸部３６（または凹部）は、両側に形成される蛍光体層１４を隔てる機能を有し、これにより凸部３６の下には蛍光体層が存在しない領域が形成される。

図７、８では凸部３６として断面が半円形のものを示しているが、形状は上記機能を持つものであれば、特に限定されず、例えば、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、断面が四角形、三角形、台形、内側に曲面状に凹んだ形状など適宜採用することができる。また凸部ではなく、図９（ｅ）〜（ｈ）に示すような、断面が四角形、三角形、台形、半円形など凹部であってもよい。凹部の場合には、蛍光体含有樹脂の広がりを確実に抑制するため、透明部材３５の表面と凹部との境が角度を持つような形状であることが好ましい。

凸部と凹部の機能は同様であるので、以下、代表して凸部について図１０を参照して説明する。まず凸部３６は、その中心が隣接する２つのＬＥＤ素子１３の中間に位置するように設けることが好ましい。すなわちその端部からＬＥＤ素子端部までの距離が、両側で等しいことが好ましい。また凸部３６の幅については、形状によって異なる考慮が必要である。図１０の実線及び図９（ａ）、（ｃ）に示すように断面形状が四角形や台形であって凸部先端に幅があるものの場合には、その先端の幅Ｄ₃₆₁すなわち空気層に面する側の幅が、凸部の両側とＬＥＤ素子直上領域端部との間にフィレットを形成するに必要な幅（第一実施形態における第一領域の幅Ｄ₂₁）が残ればよい。具体的には、蛍光体層１４の厚みの約１／２程度が好適である。また図１０の点線及び図９（ｂ）、（ｄ）に示すように凸部先端に幅ないものの場合には、その底面（透明部材３６の凸部形成面と同一面）の幅Ｄ₃₆₂を素子間隔Ｗまで広げることも可能である。また図８（ｂ）に示すように半円形のものの場合には、底面の幅が凸部の高さとほぼ同じであることが好ましい。

凸部３６の高さＴ₃₆は、ＬＥＤ素子直上の蛍光体層の厚みＴ₁₄を超えないことが好ましい。凸部３６の高さＴ₃₆が、ＬＥＤ素子直上の蛍光体層１４の厚みＴ₁₄を超えると、凸部３６の近傍では蛍光体層（フィレット部分１４１）の厚みがＬＥＤ素子直上の蛍光体層１４の厚みより厚くなり、ＬＥＤ素子間の発光色における蛍光体からの光の割合が高まる。これにより輝度むらを生じる。輝度むらを抑制するためには、凸部３６の高さＴ₃₆は低いほどよいが、凸部３６は蛍光体含有樹脂が乗り越えない程度の高さが必要であり、形状によっても異なるが、２０μｍ以上であることが好ましい。

第二実施形態の半導体発光装置の製造方法は、透明部材が異なる以外は図６に示す半導体発光装置の製造方法と同様である。第二実施形態の透明部材３５は、透明部材の表面にエッチング、フォトリソグラフィーなどにより凸部３６を形成することにより作製することができる。また金型による作製や凸部に加工したガラスを樹脂接着することによっても作製することができる。

図６（ｂ）に示す工程で、透明部材３５を複数のＬＥＤ素子１３上にそれぞれポッティングした蛍光体含有樹脂に載せるときには、線状の凸部３６が隣接するＬＥＤ素子間に位置するように位置合わせし、上から押圧する。このとき未硬化の蛍光体含有樹脂は、図１０に示したように、表面張力により凸部３６の下端までは広がるが、下端を乗り越えることはなく、凸部３６下端とＬＥＤ素子１３の側面との間にメニスカスが形成された状態となって蛍光体層１４のフィレット１４１となる。図１０では、断面が台形の凸部３６を示したが、この現象は凸部３６の断面が三角形や半円形の場合でも同様である。

第二実施形態においても、凸部３６によって蛍光体層が分離されたＬＥＤ素子間の領域上部に空気層１８を形成することは第一実施形態と同様であり、空気層１８の厚みも同様に決めることができる。但し、この実施形態では空気層１８の厚みは、反射樹脂層１６表面から透明部材１５の凸部３６先端までの高さとなる。

凸部３６の高さは、前述の通り、ＬＥＤ素子直上の蛍光体層の厚みＴ₁₄より小さいので、凸部３６近傍に、ＬＥＤ素子直上の蛍光体層の厚みを超える蛍光体層が形成されることはない。蛍光体層１４のフィレット１４１には、ＬＥＤ素子上面からの光と側面から光が入ってくるが、蛍光体層１４の厚みが薄く抑えられているので、ＬＥＤ素子間の蛍光体層（フィレット１４１）から発せられる光は、ＬＥＤ素子直上の蛍光体層１４から発せられる光とほぼ同様の色味を持ち、色むらが低減される。また隣接するＬＥＤ素子間に空気層１８が存在することによって、蛍光体層１４から空気層１８に出射された光は、その下面にある反射樹脂層１６によって反射され、透明部材１５の光出射側から取り出されるので、ＬＥＤ素子間においてもＬＥＤ素子直上とほぼ同様の輝度が得られる。すなわち輝度むらが低減される。

本実施形態によれば、凸形状又は凹形状によって隔てられたＬＥＤ素子間の蛍光体層がない領域上部に空気層１８を設けたことにより、複数のＬＥＤ素子を配列した発光装置における輝度むらや色むらの問題を解決することができる。

以上、本発明の半導体発光装置の実施形態を説明したが、実施形態として説明した各要素の大きさや形状等は一例であり、ＬＥＤ素子の大きさや配置数などによって適宜変更することができる。また第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせることも可能である。

本発明によれば、複数のＬＥＤ素子を配置した半導体発光装置において、ＬＥＤ素子直上と複数のＬＥＤ素子間との色や光取り出し効率の違いによる色むら、輝度むらを解消し、光取り出し効率がよく色むらが抑制された半導体発光装置を提供することができる。

１０、１００・・・半導体発光装置、１１・・・実装基板、１２・・・外壁、１３・・・ＬＥＤ素子、１４・・・蛍光体層、１４１・・・フィレット、１５、３５・・・透明基板、１６・・・反射樹脂層、２０・・・半導体素子直上の領域、２１・・・第一領域、２２・・・第二領域、３６・・・凸部（凸形状）

Claims (10)

1. 基板上に間隙を持って配置された複数の半導体素子と、各半導体素子の上を覆う蛍光体含有樹脂層と、前記蛍光体含有樹脂層を介して前記複数の半導体素子が配置された基板を覆う光学部材と、前記基板の、前記半導体素子が固定された部分を除く上面に形成された反射樹脂層とを備えた半導体発光装置において、
   隣接する半導体素子の間隙には、前記蛍光体含有樹脂層が存在しない領域を有し、当該領域に面した前記光学部材と、前記基板上に形成された前記反射樹脂層との間に空気層を有することを特徴とする半導体発光装置。
2. 請求項１に記載の半導体発光装置であって、
   前記反射樹脂層は、前記半導体素子の側面の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体発光装置であって、
   前記蛍光体含有樹脂層は、前記半導体素子の、前記光学部材に対向する面の端部から、前記蛍光体含有樹脂が存在しない領域の光学部材に向かって傾斜した側面を有することを特徴とする半導体発光装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記光学部材は、前記蛍光体含有樹脂層と接触する面の、前記半導体素子の間隙に対応する位置に、前記基板側に突出する凸又は凹形状を有し、前記凸又は凹形状により前記蛍光体含有樹脂層が存在しない領域が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
5. 請求項１ないし３いずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記光学部材は、前記半導体素子の間隙に対応する第二領域を挟んで両側に、第一領域を有し、前記第二領域は未硬化の蛍光体含有樹脂に対するぬれ性が前記第一領域の未硬化の蛍光体含有樹脂に対するぬれ性より低いことを特徴とする半導体発光装置。
6. 基板上に間隙を持って配置された複数の半導体素子と、各半導体素子の上を覆う蛍光体含有樹脂層と、前記蛍光体含有樹脂層を介して前記複数の半導体素子が配置された基板を覆う光学部材と、前記基板の、前記半導体素子が固定された部分を除く上面に形成された反射樹脂層とを備えた半導体発光装置において、
   前記基板上の、隣接する半導体素子の間隙であって、前記反射樹脂層と前記光学部材との間に、空気層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
7. 請求項６に記載の半導体発光装置であって、
   前記空気層と前記光学部材との間に、前記半導体素子と前記光学部材との間の蛍光体含有樹脂層よりも厚みの薄い蛍光体含有樹脂層が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
8. 基板上に複数の半導体素子を搭載するステップ（１）と、
   前記基板に搭載された各半導体素子の上に、蛍光体含有樹脂をポッティングするステップ（２）と、
   前記各半導体素子上の蛍光体含有樹脂が、隣接する半導体素子上の蛍光体含有樹脂と接触しないように、前記蛍光体含有樹脂の上に光学部材を配置し、前記蛍光体含有樹脂を硬化させるステップ（３）と、
   前記基板の、前記半導体素子が固定された部分を除く上面に反射樹脂層を形成し、隣接する半導体素子の間隙において前記反射樹脂層と前記光学部材との間に空気層を形成するステップ（４）と、を含む半導体発光装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
   前記ステップ（４）において前記反射樹脂を硬化させた後に、前記複数の半導体素子の側面に反射樹脂層を形成するステップ（５）をさらに含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
10. 請求項８または９に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
    前記ステップ（３）は、前記光学部材の、隣接する半導体素子の間隙に対応する位置に、当該位置を挟んで両側にある蛍光体含有樹脂が互いに接触するのを制御する制御手段を設けるステップ（３−１）を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。

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