JP2018049875A - 半導体発光装置及び車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率を向上させると共に発光面における色ムラを抑制する。【解決手段】上面及び側面に発光面を有する発光素子１０と、蛍光体を含有し、前記発光素子の前記上面を直接的または間接的に覆う第１の蛍光体層１２と、前記第１の蛍光体層よりも低濃度の蛍光体を含有し、少なくとも前記発光素子の前記側面を覆う第２の蛍光体層１３と、前記第１の蛍光体層及び前記第２の蛍光体層の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板１４と、少なくとも前記第２の蛍光体層の側面を覆う光反射部材１５とを備えた半導体発光装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子からの光を波長変換部材により所望の波長の光に変換して照射する半導体発光装置及び車両用灯具に関する。

半導体発光素子から発せられた光を波長変換部材により波長変換して白色光を照射する半導体発光装置が知られている。このような半導体発光装置は、一般照明、街路灯、車両用灯具等の照明器具の光源として利用され、特に、車両用灯具等は、高い正面輝度が要求されることから、様々な半導体発光装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、発光素子と、外部に露出する発光面と発光面から連続する側面とを有し発光素子からの光を波長変換する光変換部材と、光反射性材料を含み少なくとも光変換部材の側面を被覆する被覆部材とを備えることで、実質的に発光面のみを発光装置における光の放出領域とすることで、正面輝度を向上させた発光装置が開示されている。

また、特許文献２には、発光素子の上面に、発光素子の上面よりも大きい面を有する波長変換部材を接合し、波長変換部材の上面に発光素子の上面よりも大きい面積を有する透光性部材を配置し、発光素子の側面から波長変換部材の周縁下面に亘って側面導光部材を設け、少なくとも、波長変換部材、透光性部材及び側面導光部材のそれぞれの側面に光反射部材を配置し、波長変換部材の上面を透光性部材の下面よりも小さいか、または、発光素子の外側となる領域を発光素子の直上の領域よりも薄く形成することで、正面輝度を向上させた半導体発光装置が開示されている。

特許第５５２６８２号公報 特開２０１６−７２５１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１の半導体発光装置では、発光素子を包囲するように光反射材料を含む被覆部材が設けられていることから発光素子の側面からの光を遮断してしまうので、発光素子の側面発光を有効活用できず、発光効率が低下する。また、光変換部材が発光素子よりも大きい場合、光変換部材の発光素子より大きい部分から照射される光が他の部分に比してより波長変換された色に強調され、発光面において色ムラが発生してしまう。
特許文献２の半導体発光装置では、波長変換部材が発光素子の上面よりも大きい面を有していることから、発光面の周縁部近傍に色ムラが発生しやすい。また、発光素子の側面から照射される光は、発光素子上面から照射される光に比して波長変換部材に到達する距離が長いため、励起光率が低下する。
特許文献１及び特許文献２の何れも、発光素子の側面を光反射材料で被覆するため、発光面の周縁部近傍において額縁状の非発光領域が生じ、半導体発光装置を小型化することができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発光効率を向上させると共に発光面における色ムラを抑制することを目的とする。

本発明の一態様は、上面及び側面に発光面を有する発光素子と、蛍光体を含有し、前記発光素子の前記上面を直接的または間接的に覆う第１の蛍光体層と、前記第１の蛍光体層よりも低濃度の蛍光体を含有し、少なくとも前記発光素子の前記側面を覆う第２の蛍光体層と、前記第１の蛍光体層及び前記第２の蛍光体層の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板と、少なくとも前記第２の蛍光体層の側面を覆う光反射部材と、を備えた半導体発光装置半導体発光装置を提供する。

上記半導体発光装置は、第１の蛍光体層が前記発光素子の上面に設けられ、記第２の蛍光体層が発光素子の側面から第１の蛍光体層の側面及び上面に亘って設けられ、光透過性基板が第２の蛍光体層の上面に設けられていてもよい。
さらに、第２の蛍光体層が発光素子の側面から、発光素子の上面発光面及び第１の蛍光体層の側面に亘って設けられ、第１の蛍光体層が第２の蛍光体層の上面に設けられ、前記光透過性基板が第１の蛍光体層の上面に設けられていてもよい。

また、本発明の他の態様は、支持基板と該支持基板の上面に設けられた発光層を有する発光素子と、蛍光体を含有し、前記発光層の上面に設けられた第１の蛍光体層と、前記第１の蛍光体層よりも低濃度の蛍光体を含有し、前記発光層の側面と前記第１の蛍光体層の側面と前記支持基板の上面を覆う第２の蛍光体層と、前記第１の蛍光体層及び前記第２の蛍光体層の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板と、少なくとも前記第２の蛍光体層の側面を覆う光反射部材と、を備えた半導体発光装置を提供する。
さらに、本発明の他の態様は、上記半導体発光装置を備えた車両用灯具を提供する。

本発明によれば、発光効率を向上させると共に発光面における色ムラを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を製造する工程の概略を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｈ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を製造する他の工程の概略を示す説明図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置を製造する工程の概略を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態の他の例に係る半導体発光装置を示す断面図であり、（Ａ）は第２の蛍光体層１３にスペーサ１３１が含まれている例、（Ｂ）は第２の蛍光体層１３にスペーサ１３１が含まれていない例を示す。 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態の変形例に係る半導体発光装置の概略構成を示す上面図である。 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態の他の変形例に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は図９（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態の及び各変形例に係る半導体発光装置について、ダイシングカットを行う場合の例を示す上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の概略構成を示し、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 本発明の第３の実施形態の他の例に係る半導体発光装置の概略構成を示す上面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を製造する工程の概略を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｈ）は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置を製造する他の工程の概略を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置を製造する他の工程の概略を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態の変形例に係る半導体発光装置の概略構成を示す上面図である。 本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態の変形例に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図であり、（Ａ）は発光素子がフリップチップ型の場合、（Ｂ）は発光素子がワイヤボンディング型の場合を示す。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の各実施形態の他の例に係る半導体発光装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す図面において、理解の容易及び視認性向上のため、断面図であってもハッチングを適宜省略している。また、以下の説明において、異なる実施形態や変形例である場合にも、同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。
本実施形態に係る半導体発光装置は、上面及び側面に発光面を有する発光素子１０と、蛍光体を含有し、発光素子１０の上面を直接的または間接的に覆う第１の蛍光体層１２と、第１の蛍光体層１２よりも低濃度の蛍光体を含有し、少なくとも発光素子１０の前記側面を覆う第２の蛍光体層１３と、第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層１３の上面に配置され、発光素子１０の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板１４と、少なくとも第２の蛍光体層１４の側面を覆う光反射部材１４とを備えている。

より具体的には、図１（Ａ）は、本実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、（Ｂ）は上面図である。図１に示すように、半導体発光装置１は、発光素子１０と、発光素子１０を実装する実装基板１１と、第１の蛍光体層１２と、第２の蛍光体層１３と、光透過性基板１４とを備えている。
なお、以下の説明において示す半導体発光装置の上面図において、本来上面視では視認できない構成につては破線で示すと共に、説明の便宜上ハッチング等を付している。

発光素子１０は、上面視で矩形状であり、透明基板１０１上に半導体層（図示せず）及び発光層１０２を積層し、給電用の電極を形成したものを反転させたフリップチップ構造を成している。発光素子１０は、発光層１０２から照射された光を、透明基板１０１の上面１０１Ａ及び側面１０１Ｂを介して外部へ照射する。従って、発光素子１０においては、透明基板１０１の上面１０１Ａ及び側面１０１Ｂが発光面となる。
発光素子１０の電極は、バンプ１６により実装基板１１上の配線パターン（後述）に導通されている。バンプ１６には、Ａｕあるいはその合金等からなるバンプや、共晶ハンダ（ＡｕＳｎ）、ＰｂＳｎ、鉛フリーはんだ等を用いることができる。また、バンプ１６に代えて、例えば導電ペースト等であってもよい。

実装基板１１は、本実施形態において、セラミックス材料で形成された板状体であり、窒化アルミニウムで形成された板状の基板を適用している。なお、基板は、一般に、ガラスエポキシ、樹脂、セラミックス等の絶縁性材料、又は絶縁性材料と金属部材との複合材料等によって形成される。基板としては、耐熱性及び耐候性の高いセラミックス又は熱硬化性樹脂を利用したものが好ましい。
なお、実装基板１１には、図示しない配線パターンが形成されている。配線パターンは、主に、発光素子１０の実装パターン及び発光素子１０への電源供給のための電流引き回しパターンとして、実装基板１１の表面に形成されている。配線パターンとしては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の導電性材料を用いることができる。

第１の蛍光体層１２は、発光素子１０から照射された光を所望波長の光に変換する蛍光体を含み、発光素子１０の上面に設けられている。より具体的には、第１の蛍光体層１２には、例えば、蛍光体分散樹脂（スクリーン印刷や半硬化シート貼り付けなど）、透明接着剤を介した蛍光体分散ガラスや蛍光体セラミックプレートなどを適用することができる。本実施形態において、発光素子１０は透明基板１１の上面及び側面から光を発するので、第１の蛍光体層１２は、実質的には透明基板１１の上面に配置される。また、第１の蛍光体層１２は、発光素子１０の上面の発光面と略同一の大きさもしくはそれよりもやや小さい大きさを有することが好ましい。

第２の蛍光体層１３は、第１の蛍光体層よりも低濃度の蛍光体を含有し、少なくとも発光素子１０の側面を覆うように設けられ、本実施形態においては、発光素子１０の側面から、第１の蛍光体層１２の側面及び上面に亘って設けられている。第２の蛍光体層１３は、例えば、予め所定濃度に調整された蛍光体およびギャップ調整用のスペーサ１３１（ガラスやシリコーン樹脂などからなる粒径の揃った真球状ビーズであり、粒径がギャップ調整機能を果たす）入りシリコーン樹脂で構成されている。

第２の蛍光体層１３は、スペーサ１３１を介して第１の蛍光体層１２上部に位置する部分の厚みが調整され、後述する光透過性基板１４の下面との表面張力によって、発光素子１０側面、及び第１の蛍光体層１２側面を覆うフィレット形状（逆テーパ形状）に調整される。なお、フィレット形状の逆テーパ面（傾斜面）は、湾曲していてもよい。また、ギャップ調整用のスペーサ１３１としては、例えば、真球シリコーンビーズ（宇部エクシモ製ハイプレシカＴＳＮ６ＮＴＡなど）を適用することができる。

光透過性基板１４は、例えばガラス、サファイア、シリコーン樹脂などからなり、発光素子の上面よりも大きい面積を有し、第２の蛍光体層の上面に配置される。
光反射部材１５は、光透過性基板１４の側面と第２の蛍光体層１３の側面とを覆うように、かつ、光透過性基板１４の上面を外部に露出させるように設けられている。

（製造方法）
続いて、このように構成された半導体発光装置の製造方法について図２を用いて説明する。なお、図２では、説明の便宜上発光素子１０の発光体層、透明基板等の図示を省略している。
予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１にフリップチップ型の発光素子１０をＡｕバンプ１６を介して実装する（図２（Ａ））。
予め蛍光体濃度および厚みが調整された発光素子１０の上面と略同サイズの半硬化蛍光体シートを発光素子１０上面に搭載して、加熱溶着させ、第１の蛍光体層とする（図２（Ｂ））。

第２の蛍光体層１３として、予めシリコーン樹脂に蛍光体およびギャップ調整用スペーサ１３１を所定濃度混合した混合液を第１の蛍光体層１２の上面に所定量を凸状になるように塗布する（図２（Ｃ））。このとき、第２の蛍光体層１３の塗布量は、次の工程の光透過性基板１４を実装した際に、光透過性基板１４下面と第１の蛍光体層１２との間、発光素子１０の側面、及び第１の蛍光体層の側面と、を覆い、かつ、フィレット形状を維持できる量に調整する。

次に、発光素子１０サイズよりも大きい光透過性基板１４を凸状に塗布された第２の蛍光体層１３の上に搭載することで、光透過性基板１４によって凸状に塗布された第２の蛍光体層１３が押しつぶされ、第１の蛍光体層１２と光透過性基板１４との間から側面にはみ出てフィレット形状の第２の蛍光体層１３が形成される（図２（Ｄ），（Ｅ））。この段階で加熱することで、半硬化状の第１の蛍光体層１２、第２の蛍光体層１３及びスペーサを含んだシリコーン樹脂が同時に硬化する。

次に、予めシリコーン樹脂に光反射性フィラー（例えば酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛など、本実施形態では酸化チタン２０ｗｔ％）を所定量混合したものを実装基板１１上に、光透過性基板１４の側面を完全に覆うまで流し込み、加熱硬化させ、所定サイズにダイシングカットすることで、光反射部材１５が光透過性基板１４の側面及び第２の蛍光体層１３の側面を覆う構造として個片化された半導体発光装置を製造することができる（図２（Ｆ））。

（他の製造方法）
次に、上述の半導体発光装置に係る他の製造方法について図３を用いて説明する。なお、図３では、説明の便宜上発光素子１０の発光層、透明基板等の図示を省略している。
予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１に複数のフリップチップ型発光素子１０をＡｕバンプを介して実装する（図３（Ａ））。次に、第１の蛍光体層１２として、予め蛍光体濃度および厚みが調整された発光素子１０の上面と同サイズの半硬化蛍光体シートを各発光素子上面に搭載して、加熱溶着させる（図３（Ｂ））。次に、第２の蛍光体層１３として、予めシリコーン樹脂に蛍光体を所定濃度混合した混合液を各第１の蛍光体層１２の上面に所定量を凸状になるように塗布する（図３（Ｃ））。このとき、第２の蛍光体層１３が、フィレット形状となるように塗布量の調整を行う。

次に、複数の発光素子１０の最外形サイズよりも大きい光透過性基板１４を凸状に塗布された第２の蛍光体層１３の上に搭載することで、光透過性基板１４によって凸状に塗布された未硬化の第２の蛍光体層１３が押しつぶされて第１の蛍光体層１２と光透過性基板１４との間から側面にはみ出てフィレット形状の第２の蛍光体層１３が形成される（図３（Ｄ）。この時、フィレット形状が形成されると同時に、光透過性基板１４の下面と、第１の蛍光体層１２との間には第２の蛍光体層１３が、蛍光体粒子約１層分の厚みに調整される（図３（Ｅ））。この段階で加熱硬化することで、半硬化状の第１の蛍光体層１２、および第２の蛍光体層１３を含んだシリコーン樹脂が同時に硬化される。

次に、光反射部材１５により光透過性基板１４側面と第２の蛍光体層側面１３を覆い、加熱硬化する（図３（Ｆ））。第２の蛍光体層１２が光透過性基板１４下面にフィレット形状にて到達する境界を目標に、光透過性基板１４側からダイシングカットを行う（図３（Ｇ），（Ｈ））。この時、光透過性基板１４を通して第１の蛍光体層１２上面、および第２の蛍光体層１３上面を画像認識カメラを用いてアライメントすることができるので、ダイシング装置のステージを所定ピッチで移動する際にカットラインの位置合わせが精度よく実施できる。このようにダイシングカットすることで、上面視において光反射部材が存在しない個片化された半導体発光装置を得ることができるので、装置の小型化には特に有効である。

このように構成された半導体発光装置は以下のように、所望波長の光を照射する。
発光素子１０から出射した光のうち、上面１０１Ａの発光面からの光と側面１０１Ｂの発光面からの光とは、異なる光路を経由して外部に照射される。すなわち、発光素子１０上面１０１Ａ発光面からの光は、発光素子１０の上面１０１Ａと略同じ大きさである第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層１３によって波長変換され、光透過性基板１４を透過して、光透過性基板１４の上面から照射される。

また、発光素子１０側面１０１Ｂの発光面からの光は第２の蛍光体層１２によって波長変換され、光反射部材１５に反射されて光透過性基板１４を透過して、光透過性基板１４の上面から照射される。
このように発光素子１０の上面１０１Ａの発光面からの光及び側面１０１Ｂの発光面からの光は共に、光透過性基板１４の上面から照射される。従って、発光素子１０の側面からの光も光透過性基板１４の上面から効率よく取り出すことができ、正面輝度を向上させることができる。

第２の蛍光体層１３は蛍光体濃度を調整することで、半導体発光装置全体の色度を調整することが可能である。具体的には、第１の蛍光体層１２の蛍光体濃度及び厚みと、第２の蛍光体層１３の蛍光体濃度、厚み（＝スペーサ粒径）及びフィレット量の三者を組み合わせることで、発光素子１０上面と側面の波長変換量を略同一にすることが可能であり、光透過性基板１４上面から取り出される光の色を均一にすることができる。

特に、本実施形態においては、第２の蛍光体層１３は、第１の蛍光体層１２よりも含有する蛍光体層の濃度が低濃度であり、かつ、スペーサ１３１によって厚みを調整している。このため、発光素子１０の側面１０１Ｂからの光は、光透過性基板に至るまでの光路が長いものの、発光素子１０の上面１０１Ａから出射して第１の蛍光体層１２により波長変換されて光透過性基板から照射される光と略同色に変換されている。従って、発光素子１０上面と側面の波長変換量を略同一にすることができ、光透過性基板１４上面から出射する光の色を均一にすることができる。

（第１の実施形態の変形例１）
上述した第１の実施形態における図１及び図２では、光透過性基板１４を矩形状とし、その側面を実装基板に垂直となるように加工している。
図４（Ａ）に示すように、光透過性基板１４の側面を、上面に向かって広がるように傾斜を持たせたテーパ形状とし、第２の蛍光体層１３の側面から連続する傾斜面とすることができる。この時、光透過性基板１４の側面と第２の蛍光体層１３の側面との傾斜角度は適宜定めることができるが、両者の傾斜角度が等しいことが好ましい。

このようにすることで、発光素子からの光がテーパ形状の側面で反射して発光面正面に導かれるため（図４（Ａ）中の矢印参照）、光取出し効率が向上し、発光面正面における色ムラをさらに抑制し、均一な発光を実現することができる。比較例として、図４（Ｂ）に示すように、光透過性基板１４の側面をテーパ形状に加工していない場合には、図中の矢印のように、発光素子からの光の一部が側面で反射されて光透過性基板に戻るため、図４（Ａ）の半導体発光装置に比して、発光効率がやや低下する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。
図５（Ａ）は、本実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、（Ｂ）は上面図である。以下の説明において、上述した第１の実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る半導体発光装置は、発光素子１０の上面に第２の発光層１３が設けられ、第２の発光層１３の上面に第１の発光層１２が設けられており、第２の発光層１３にスペーサ１３１が含まれていない点で、上述した第１の実施形態及びその変形例と異なる。

このように構成された半導体発光装置の製造方法について図６を用いて説明する。なお、図５では、説明の便宜上発光素子１０の発光体層、透明基板等の図示を省略している。
予め配線パターンが形成された実装基板１１にフリップチップ型発光素子１０をＡｕバンプを介して実装する（図６（Ａ））。次に、第２の蛍光体層１３として、予めシリコーン樹脂に蛍光体を所定濃度混合した混合液を発光素子１０上面に所定量を凸状になるように塗布する（図６（Ｂ））。このとき、第２の蛍光体層１３をフィレット形状とするための塗布量調整は第１の実施形態と同様に調整する。

次に、第１の蛍光体層１２として、予め蛍光体濃度および厚みが調整された半硬化蛍光体シートを光透過性基板１４の下面に貼り合せたものを、凸状の第２の蛍光体層の上に搭載する（図６（Ｃ））。このとき、凸状に塗布された第２の蛍光体層１３が押しつぶされて、第１の蛍光体層１２と発光体層１０との間から側面にはみ出てフィレット形状が形成され、同時に、発光素子１０上面と第１の蛍光体層１２との間に第２の蛍光体層１３が蛍光体粒子約１層分の厚みに調整されて形成される（図６（Ｄ））。
この状態で加熱硬化することで、半硬化状の第１の蛍光体層１２、第２の蛍光体層１３を含んだシリコーン樹脂が同時に硬化される。次に、光反射部材１５を光透過性基板１４の側面と第２の蛍光体層１３の側面を覆い、加熱硬化して、所定サイズにダイシングカットすることで個片化された半導体発光装置を製造することができる（（図６（Ｅ））。

なお、上述の例では、光透過性基板１４の下面が平坦であり、予め第１の蛍光体層１２を張り合わせることで、第１の蛍光体層１２が光透過性基板１４の下面から突出している（図５及び図６参照）。
これに代えて、図７に示すように、光透過性基板１４の下面に第１の蛍光体層１２を埋め込んで、光透過性基板１４の周縁部から第１の蛍光体層１２の下面が連続する平坦面となるように加工することもできる。なお、図７（Ａ）は第２の蛍光体層１３にスペーサ１３１が含まれている例、図７（Ｂ）は第２の蛍光体層１３にスペーサ１３１が含まれていない例を示している。
光透過性基板の下面に第１の蛍光体層を埋め込み一体化した板状部材とすることで、例えば、素子の発光波長のバラつきに対応させて複数種類の板状部材を作成しておくことができ、搭載された発光素子に応じて適切な板状部材を選択して搭載することで、容易に半導体発光装置の発光色を調整することができる。

（第１の実施形態及び第２の実施形態の変形例）
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、矩形状の発光素子１０の四辺全てが、光透過性基板１４の内側に位置し、発光素子１０の周囲を囲繞するようにフィレット上の第２の蛍光体層１３が設けられている。
本変形例に係る半導体発光装置は、図８に示すように、発光素子１０と、第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層１３と、光透過性基板１４の一辺を発光面上面から見て何れも同一直線上に位置するように形成されている。
このように、発光素子１０、第１の蛍光体層１２、第２の蛍光体層１３、及び光透過性基板１４の一辺を発光面からみて同一直線上に設けることによりその直線の輝度が高くなるので、車両用灯具のうち、特にヘッドランプ用光源として用いたときに、遠方視認性を上げる配光を作りやすい光源として用いることができる。

（第１の実施形態及び第２の実施形態の他の変形例）
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、矩形状の光透過性基板１４の側面まで光反射部材１５が設けられている。図９（Ａ）は図９（Ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本変形例では、発光面上面から見て、光透過性基板１４の対向する一対の辺の側面に光反射部材１５を設け、他の一対の辺の側面には光反射部材１５を設けない。このようにすることで、複数の半導体発光装置を並べて配置したときに、半導体発光装置の発光面同士の距離を近接させることができる。
なお、本変形例に係る半導体発光装置は、例えば、図１０（Ａ）及び（Ｂ）の破線で示すようにフィレット状の第２の蛍光体層１３の上端部でダイシングカットすることにより得られる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。以下の説明において、上述した第１の実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る半導体発光装置は、支持基板２０１と支持基板の上面に設けられた発光層２０２を有する発光素子２０と、蛍光体を含有し、発光層の上面に設けられた第１の蛍光体層１２と、第１の蛍光体層１２よりも低濃度の蛍光体を含有し、発光層２０２の側面と第１の蛍光体層１２の側面と支持基板２０１の上面を覆う第２の蛍光体層１３と、第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層１３の上面に配置され、発光素子３０の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板１４と、少なくとも第２の蛍光体層１３の側面を覆う光反射部材１５と、を備えている。

図１１（Ａ）は、本実施形態に係る半導体発光装置の断面図であり、（Ｂ）は上面図である。また、図１２は、図１１の光透過性基板１４を取り除いた状態を示す図であり、（Ａ）は半導体発光装置の断面図、（Ｂ）は上面図である。
より具体的には、本実施形態に係る半導体発光装置は、発光素子２０として、不透明支持基板２０１に半導体発光層２０２を金属層（図示せず）を介して貼り合せ、発光素子２０の上面および裏面から導通するメタルボンディング構造の発光素子を適用している。

従って、発光素子２０の上面及び実装基板１１の所定の位置には、ボンディングパッドが形成され、発光素子２０の上面に設けられたボンディングパッド２０３と、実装基板１１のボンディングパッド（図示せず）とはボンディングワイヤ５により電気的に接続されている。発光素子２０において、半導体発光層２０２の光は主として発光素子の上面から出射されるので、上述した各実施形態及びそれらの変形例に示したフリップチップ型の発光素子に比べて正面輝度を更に高くすることができる。

第１の蛍光体層１２は、発光素子２０の上面のワイヤボンディング領域に干渉しない大きさが好ましく、本実施形態においては半導体発光層２０２よりも若干小さいサイズに形成されている。第２の蛍光体層１３は、予め所定濃度に調整された蛍光体およびスペーサ１３１入りシリコーン樹脂で構成され、スペーサ１３１によって第１の蛍光体層１２の上部に位置する第２の蛍光体層１３についての厚みが調整されるようになっている。また、光透過性基板１４は、発光素子２０のサイズよりも大きく、この光透過性基板１４の下面との表面張力によって、第１の蛍光体層１２が配置された領域以外の発光素子２０の上面及び第１の蛍光体層１２の側面を覆うフィレット形状（逆テーパ形状）の第２の蛍光体層１３が形成される。光透過性基板１４の側面と、第２の蛍光体層１３の側面と、発光素子２０の側面を覆い、かつ、光透過性基板１４の上面が露出する所まで光反射部材１５を形成する。

ここで、不透明支持基板２０１上に貼り合わされた半導体発光層２０２は不透明支持基板２０１のサイズよりも小さい。これは、ウエハ状態の半導体プロセスで作製された半導体基板をダイシング工程にて分割する際に端面の加工溝に影響されない内側に半導体発光層を配置する必要があり、支持基板の外周に最小限の非発光部が残るためである。

図１１及び図１２では、第１の蛍光体層１２は半導体発光層２０２よりも小さいサイズとしたが、例えば、図１３に示すように、半導体発光層２０２と第１の蛍光体層１２とが略同サイズであってもよい。この場合、素子上面に配置されたワイヤボンディング領域に干渉しないように第１の蛍光体層１２の一部を切り欠いた構造であればよい。第１の蛍光体層の蛍光体濃度及び厚みと、第２の蛍光体層の蛍光体濃度、厚み（＝スペーサ粒径）及びフィレット量の三者を組み合わせることで、発光素子上面の波長変換量を略同一にすることが可能であり、光透過性基板上面から取り出される光の色を均一にすることができる。また、スペーサ１３１は必ずしも含める必要はなく、第２の蛍光体１３にスペーサを含めなくてもよい。

このように構成された半導体発光装置では、発光素子２０から出射された光のうち、第１の蛍光体層１２に入射した光は、第１の蛍光体層１２、第１の蛍光体層１２の上部に位置する第２の蛍光体層１３によって波長変換される。また、第１の蛍光体層１２が配置された領域以外の発光素子２０上面の光及び半導体発光層２０２の側面から漏れ出る光は、第２の蛍光体層１３によって波長変換される。このように、半導体発光層２０２から照射されるすべての光を光透過性基板１４の上面に効率よく導光して取り出すことができるため、色ムラを抑制しつつ正面輝度を向上させることができる。半導体発光層２０２の光は素子の上面から出射されるので、第１の蛍光体層１２およびフィレット形状の第２の蛍光体層１３からの光は同じ方向に出射され、両者の光が光透過性基板の上面に効率よく取り出されるため、上述したフリップチップタイプの発光素子を適用した半導体発光素子に比して更に正面輝度を高くすることができる。なお、第２の蛍光体層１３の蛍光体濃度は第１の蛍光体層１２に含まれる蛍光体よりも低濃度としており、これにより半導体発光装置全体の色度を調整している。

このような半導体発光装置の製造方法について図１４に従って説明する。
予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１にメタルボンディング型発光素子をＡｕＳｎ共晶およびＡｕワイヤーを介して実装する（図１４（Ａ））。次に、第１の蛍光体層１２として、予め蛍光体濃度および厚みが調整された発光素子２０の上面サイズよりも小さい半硬化蛍光体シートを発光素子２０上面に搭載して、加熱溶着させる（図１４（Ｂ））。

次に、第２の蛍光体層１３として、予めシリコーン樹脂に蛍光体およびギャップ調整用スペーサ１３１を所定濃度混合した混合液を第１の蛍光体層１２の上面および発光素子２０上面に所定量を凸状になるように塗布する（図１４（Ｃ））。このとき、第２の蛍光体層１３の塗布量は、次工程において光透過性基板１４を実装した際に、光透過性基板１４の下面と第１の蛍光体層１２との間、発光素子２０上面、及び第１の蛍光体層１２の側面、を覆うように第２の蛍光体層１３がフィレット形状を維持できる量に調整される。

次に、発光素子２０サイズよりも大きい光透過性基板１４を凸状の第２の蛍光体層１３の上に搭載することで、逆テーパ状にフィレット形状が形成される図１４（Ｄ）（Ｅ）。ここで加熱硬化することで、半硬化状の第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層１３およびスペーサ１３１を含んだシリコーン樹脂が同時に硬化される。次に、予めシリコーン樹脂に光反射性フィラーを所定量混合したものを光反射部材１５として、実装基板１１上に、光透過性基板１４の側面を完全に覆うまで流し込み、加熱硬化する。硬化したものを、所定サイズにダイシングカットすることで、光反射部材１５が光透過性基板１４の側面、第２の蛍光体層１３の側面、及び発光素子２０の側面を覆う構造として個片化された半導体発光装置を得る（図１４（Ｆ））。

（他の製造方法）
予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１に複数のメタルボンディング型発光素子２０をＡｕＳｎ共晶およびＡｕワイヤを介して実装する（図１５（Ａ））。第１の蛍光体層１２として、予め蛍光体濃度および厚みが調整された発光素子２０上面サイズよりも小さい半硬化蛍光体シートを各発光素子２０上面に搭載して、加熱溶着させる（図１５（Ｂ））。次に、第２の蛍光体層として、予めシリコーン樹脂に蛍光体を所定濃度混合した混合液を第１の蛍光体層１２の上面および発光素子２０上面に所定量を凸状になるように塗布する。ここで、フィレット形状維持のために塗布量を適宜調整する（図１５（Ｃ））。

次に、複数の発光素子２０の最外形サイズよりも大きい光透過性基板１４を凸状の第２の蛍光体層１３の上に搭載することで、フィレット形状が形成される（図１５（Ｄ））。凸状に塗布された第２の蛍光体層１３が押しつぶされて、第１の蛍光体層１２と発光体層１０との間から側面にはみ出てフィレット形状が形成され、同時に、発光素子１０上面と第１の蛍光体層１２との間に第２の蛍光体層１３が蛍光体粒子約１層分の厚みに調整されて形成される（図１５（Ｅ））。この段階で加熱硬化することで、半硬化状の第１の蛍光体層１２、第２の蛍光体層１３を含んだシリコーン樹脂が同時に硬化される。光反射部材１５により、光透過性基板１４の側面と、第２の蛍光体層１３の側面と、発光素子２０側面と、を覆い、加熱硬化する（図１５（Ｆ））。第２の蛍光体層１３が光透過性基板１４の下面にフィレット形状にて到達する境界を目標に、光透過性基板１４側からダイシングカットを行い（図１５（Ｇ））、個片化された半導体発光装置を得ることができる（図１５（Ｈ））。

このとき、光透過性基板１４を通して第１の蛍光体層１２の上面、および第２の蛍光体層１３の上面、およびワイヤボンディング部を画像認識カメラを用いてアライメントすることができるので、ダイシング装置のステージを所定ピッチで移動する際にカットラインの位置合わせが精度よく実施できる。このようにダイシングカットすることで、上面視において光反射部材が存在しない個片化された半導体発光装置を得ることができるので、装置の小型化には特に有効である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置について説明する。
予め第１の蛍光体層１２を光透過性基板１４の下面に形成しておくことで、第２の蛍光体層１３を発光素子２０上面に所定量塗布して、その上から第１の蛍光体層１２の下面と接合させることで、光透過性基板１４の下面の第１の蛍光体層１２と接しない領域と、第１の蛍光体層１２の下面と、第１の蛍光体層１２の側面と、発光素子２０の上面の第１の蛍光体層１２と接合しない領域と、を覆うフィレット状の第２の蛍光体層を形成することができる。このような構成であっても、発光素子２０上面と光透過性基板１４に挟まれる蛍光体の濃度は上述した第３の実施形態と同様であり、また、第２の蛍光体層１３の蛍光体濃度を調整することで、半導体発光装置全体の色度を調整することが可能である。

このように構成された半導体発光装置の製造方法について図を用いて説明する。なお、図１６では、説明の便宜上発光素子２０の半導体発光体層等の図示を省略している。
予め配線パターン（図示せず）が形成された実装基板１１にメタルボンディング型発光素子２０をＡｕＳｎ共晶およびＡｕワイヤを介して実装する（図１６（Ａ））。次に、第２の蛍光体層として、予めシリコーン樹脂に蛍光体を所定濃度混合した混合液を発光素子上面に所定量を凸状になるように塗布する（図１６（Ｂ））。次に、予め蛍光体濃度および厚みが調整された小さい半硬化蛍光体シートが光透過性基板１４の下面に貼り合されたものを、凸状の第２の蛍光体層１３の上に搭載する（図１６（Ｃ））。

このとき、凸状に塗布された第２の蛍光体層１３が押しつぶされて、第１の蛍光体層１２と発光体層１０との間から側面にはみ出てフィレット形状が形成され、同時に、発光素子１０上面と第１の蛍光体層１２との間に第２の蛍光体層１３が蛍光体粒子約１層分の厚みに調整されて形成される（図１６（Ｄ））。この段階で加熱硬化することで、半硬化状の第１の蛍光体層１２、および第２の蛍光体層１３を含んだシリコーン樹脂が同時に硬化される。次に、光反射部材１５を、光透過性基板１４の側面と、第２の蛍光体層１３の側面と、発光素子２０の側面とを覆うように設け、加熱硬化、所定サイズにダイシングカットすることで個片化された半導体発光装置を得る（図１６（Ｅ））。

（変形例）
上述した第３の実施形態及び第４の実施形態では、図１１〜図１３に示すように、矩形状の発光素子２０の四辺全てが、光透過性基板１４の内側に位置し、発光素子１０の周囲を囲繞するようにフィレット上の第２の蛍光体層１３が設けられている。
本変形例に係る半導体発光装置は、図１７に示すように、発光素子２０と、第１の蛍光体層１２及び第２の蛍光体層１３と、光透過性基板１４の三辺を発光面上面から見て何れも同一直線上に位置するように形成されている。
このように、発光素子２０、第１の蛍光体層１２、第２の蛍光体層１３、及び光透過性基板１４の三辺を発光面からみて同一直線上に設けることにより、横一列に複数の半導体発光装置を並べた場合、横並びの発光に対して輝度の均一化を図ることができる。

上述した半導体発光装置の構造において、更に正面輝度を向上させる手法として、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、半導体発光装置の４つの側面に遮光膜１８を設けることができる。遮光膜１８を形成する方法としては、側面を上面に向けて多数を並べた状態にして、真空装置を用いて金属反射膜（例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｎｉ、など）や誘電体多層膜を成膜する方法が挙げられる。また、光透過性基板１４の上面をレジスト膜で覆い、回転機構を用いて４つの側面を同時に成膜した後に、レジスト膜を除去する方法もある。遮光膜の別の形成方法として、白色顔料インクをインクジェット法で固着する方法、シード層を下地とした電解めっきなどが挙げられる。遮光膜の形成により、光反射部材の側面、第２の蛍光体層１３の側面、光透過性基板１４の側面からの光を内部に戻す効果が働き、反射と散乱により正面に取り出されるため、正面輝度を向上させることができる。

また、図８および図１７に示した、発光素子、第１の蛍光体層、第２の蛍光体層、及び光透過性基板の何れかの一辺が同一直線上に位置する半導体発光装置のように、上面視において光反射部材１５が存在しない構造にした場合にも遮光膜１８を設けることができる。
具体的には、例えば、図８に示す半導体発光装置においては、光透過性基板の四辺のうち、発光素子、第１の蛍光体層、及び第２の蛍光体層の辺と同一直線状にあり、これらが連続する側面に遮光膜１８を設ける。すなわち、光透過性基板の４つの側面のうち、少なくとも１つの側面が、第１の蛍光体層の側面および発光素子の側面と同一沿面にあり、連続する側面を形成するので、この側面に遮光幕１８を設ける。これにより発光面の遮光膜１８近傍の輝度を他の領域よりも高くすることができる。従って、縦方向の輝度分布傾斜が形成でき、車両用ヘッドランプの配光において、明暗カットラインの形成と同時に、路面へのグラデーションを備えた理想的な配光を実現できる。

図１７に示す半導体発光装置においては、光透過性基板の４つの側面のうち、少なくとも３つの側面が、夫々第１の蛍光体層側面および発光素子側面と同一沿面を構成している場合、この沿面に遮光膜１８を設けることで発光面の遮光膜近傍の輝度を他の領域よりも高くすることができる。また、同時に、ライン状やマトリックス状に半導体発光装置を並べて点消灯させた場合、遮光膜によって、隣接する光源の光が導光しなくなりクロストークが防止され、コントラストの高い配光を作ることが可能となる。

上述した各実施形態及びそれらの変形例では、発光素子について、フリップチップ型及びメタルボンディング型として説明したが、発光素子の上面または側面に第２の蛍光体層のフィレット構造が形成できるものであれば適応可能である。また、光透過性基板に波長変換機能があってもよい。例えば、第１および第２の蛍光体層と、光透過性基板と、に含まれる蛍光体（波長変換剤）の割合を調整することで同一の効果が得られる。
また、第１および第２の蛍光体層に光散乱材を混合することで、より均一な光散乱が可能となり、色ムラを抑制することができる。

さらに、図１９に示すように、光透過性基板の上面または下面の一方の面に角度を持たせた構造であってもよい。図１９（Ａ）に示す例の場合、第１の蛍光体層１２の上面と光透過性基板１４の下面とが同じサイズとなり、光透過性基板１４下面の傾斜角度により、光取出しで有利になる。傾斜面の加工と同時に第１の蛍光体層１２の外形加工も可能となり、工程の簡略化ができる。

図１９（Ｂ）に示す例の場合、光透過性基板１４の上面を発光素子２０と同等サイズもしくはそれより小さいサイズとすることができ、正面輝度向上に有利である。また、図３（Ｈ）、図１５（Ｈ）、図１８に示した個片化する製造方法では、複数の発光素子同士の間隔を詰めて実装すれば、隣接する半導体発光装置同士の輝度差が小さくなり、ライン状やマトリックス状に配列した半導体発光装置を提供することもできる。

上述した各実施形態及び各変形例に係る半導体発光装置は、ヘッドランプやＡＤＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）型の車両用灯具の光源に適用することができる他、照明用等の一般的な灯具に適用することもできる。

１０・・・発光素子、１１・・・実装基板、１２・・・第１の蛍光体層、１３・・・第２の蛍光体層、１４・・・光透過性基板、１５・・・光反射部材、１６・・・バンプ、１８・・・遮光膜、２０・・・発光素子、１０２・・・発光層、２０２・・・半導体発光層

Claims (12)

1. 上面及び側面に発光面を有する発光素子と、
   蛍光体を含有し、前記発光素子の前記上面を直接的または間接的に覆う第１の蛍光体層と、
   前記第１の蛍光体層よりも低濃度の蛍光体を含有し、少なくとも前記発光素子の前記側面を覆う第２の蛍光体層と、
   前記第１の蛍光体層及び前記第２の蛍光体層の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板と、
   少なくとも前記第２の蛍光体層の側面を覆う光反射部材と、を備えた半導体発光装置。
2. 前記第１の蛍光体層が前記発光素子の上面に設けられ、
   前記第２の蛍光体層が前記発光素子の側面から、前記第１の蛍光体層の側面及び上面に亘って設けられ、
   前記光透過性基板が前記第２の蛍光体層の上面に設けられた請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記光透過性基板が、側面を傾斜させたテーパ形状である請求項１又は請求項２記載の半導体発光装置。
4. 前記光透過性基板の下面に凹部が設けられ、該凹部に前記第１の蛍光体層が嵌合された板状部材となっている請求項２記載の半導体発光装置。
5. 前記第１の蛍光体層が前記第２の蛍光体層の上面に設けられ、
   前記第２の蛍光体層が前記発光素子の上面と前記第１の蛍光体層との間、前記発光素子の側面、及び前記第１の蛍光体層の側面に設けられ、
   前記光透過性基板が前記第１の蛍光体層の上面に設けられた請求項１記載の半導体発光装置。
6. 前記発光素子が、透明基板上に発光層が積層されたフリップチップ型の発光素子である請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の半導体発光装置。
7. 支持基板と該支持基板の上面に設けられた発光層を有する発光素子と、
   蛍光体を含有し、前記発光層の上面に設けられた第１の蛍光体層と、
   前記第１の蛍光体層よりも低濃度の蛍光体を含有し、前記発光層の側面と前記第１の蛍光体層の側面と前記支持基板の上面を覆う第２の蛍光体層と、
   前記第１の蛍光体層及び前記第２の蛍光体層の上面に配置され、前記発光素子の上面よりも大きい面積を有する光透過性基板と、
   少なくとも前記第２の蛍光体層の側面を覆う光反射部材と、を備えた半導体発光装置。
8. 前記発光素子が、不透明支持基板の上面に半導体発光層を備え、前記発光素子の上面に接続されたボンディングワイヤを介して前記発光層に給電するワイヤボンディング型の発光素子である請求項７項記載の半導体発光装置。
   体発光装置。
9. 前記第２の蛍光体層の側面が上面に向かって広がる傾斜面である請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の半導体発光装置。
10. 前記第２の蛍光体層が、スペーサを含有している請求項１乃至請求項９の何れか１項記載の半導体発光装置。
11. 前記第１の蛍光体層が、前記発光素子の上面と略同一の大きさ又はそれより小さく形成されている請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の半導体発光装置。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の半導体発光装置を備えた車両用灯具。

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