JP2018078170A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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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に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device that converts light from a light emitting element into light having a desired wavelength by a wavelength conversion member and irradiates the light.
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。 2. Description of the Related Art A semiconductor light emitting device that irradiates white light by converting the wavelength of light emitted from a semiconductor light emitting element by a wavelength conversion member is known. Such a semiconductor light-emitting device is used as a light source for lighting fixtures such as general lighting, street lamps, and vehicular lamps. In particular, since vehicular lamps and the like require high front luminance, various semiconductor light-emitting devices are used. Has been proposed.
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可能な光透過部材と、光透過部材の側面と発光素子の側面を囲繞するように被覆する光反射性材料を含んだ被覆部材とを備え、実質的に上面の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。 For example, Patent Document 1 discloses a light-emitting element, a light-transmitting member that has a light-emitting surface exposed to the outside and a side surface continuous from the light-emitting surface, and that can convert the wavelength of light from the light-emitting element, and a side surface of the light-transmitting member. And a covering member containing a light-reflective material that covers the side surface of the light-emitting element, and substantially only the light-emitting surface on the upper surface serves as a light emission region in the light-emitting device, thereby improving the front luminance. A light emitting device is disclosed.
ところで、上述した特許文献1に開示された半導体発光装置等に適用される光透過部材は、発光面表面が平坦な無機材料で構成されているため、発光素子から出射した光が発光面表面において反射されて発光面から外部に出射することができず、発光効率が低下する。一方、これを改善するために発光面表面を粗面にした、すなわち発光面表面に凹凸面を形成した半導体発光装置がある。ところが、発光面表面を粗面にすることで、半導体発光装置の製造工程中の光反射材料を含む被覆部材を塗布する際に、被覆部材が発光面に這い上がる問題が生じる。特に、被覆部材として樹脂を使用した場合には、発光面表面の粗面において毛細管現象が生じ、樹脂が塗れ広がりやすい。また、発光面表面の角部に丸みがある場合には、表面張力による樹脂の止まりが弱く、発光面表面に樹脂が塗れ広がりやすい。このように、樹脂が発光面表面に這い上がり、濡れ広がることにより、発光面の表面面積が狭められ、発光効率が低下する虞がある。 By the way, since the light transmissive member applied to the semiconductor light emitting device disclosed in Patent Document 1 described above is composed of an inorganic material having a flat light emitting surface, light emitted from the light emitting element is reflected on the light emitting surface. It is reflected and cannot be emitted to the outside from the light emitting surface, and the light emission efficiency is lowered. On the other hand, in order to improve this, there is a semiconductor light emitting device in which the surface of the light emitting surface is roughened, that is, an uneven surface is formed on the surface of the light emitting surface. However, when the surface of the light emitting surface is roughened, a problem arises that the covering member crawls up to the light emitting surface when a covering member containing a light reflecting material during the manufacturing process of the semiconductor light emitting device is applied. In particular, when a resin is used as the covering member, a capillary phenomenon occurs on the rough surface of the light emitting surface, and the resin is easily spread. In addition, when the corner of the light emitting surface is rounded, the resin stops due to surface tension is weak, and the resin tends to spread and spread on the light emitting surface. As described above, the resin crawls up on the surface of the light emitting surface and spreads wet, so that the surface area of the light emitting surface is narrowed and the light emission efficiency may be reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、発光面表面への被覆部材の這い上がりを抑制し、発光効率を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress the creeping of the covering member on the light emitting surface and to improve the light emission efficiency.
本発明の一態様は、発光素子と、該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、少なくとも前記波長変換層の側面を覆う光反射部材と、前記波長変換層の波長変換された光が出射する最表面に設けられた、未硬化の前記光反射部材をはじく性質を有する薄膜と、を備えた半導体発光装置を提供する。 One embodiment of the present invention includes a light emitting element, a wavelength conversion layer that converts light emitted from the light emitting element into light having a predetermined wavelength, a light reflecting member that covers at least a side surface of the wavelength conversion layer, and the wavelength conversion layer. And a thin film having a property of repelling the uncured light reflecting member provided on the outermost surface from which the wavelength-converted light is emitted.
また、本発明の他の態様は、発光素子と、該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、該波長変換層によって波長変換された光を透過する光透過性基板と、少なくとも該光透過性基板の側面を覆う光反射部材と、前記光透過性基板の、前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられた、未硬化の前記光反射部材をはじく性質を有する薄膜と、を備えた半導体発光装置を提供する。 In another aspect of the present invention, a light-emitting element, a wavelength conversion layer that converts light emitted from the light-emitting element into light having a predetermined wavelength, and light transmission that transmits light converted in wavelength by the wavelength conversion layer An uncured, provided on the outermost surface of the light transmitting substrate, the light reflecting member that covers at least the side surface of the light transmitting substrate, and the light that is wavelength-converted by the wavelength conversion layer of the light transmitting substrate. There is provided a semiconductor light emitting device including a thin film having a property of repelling a light reflecting member.
上記各態様において、薄膜の表面が粗面であること、薄膜上の、未硬化の被覆部材に対する接触角が、波長変換層及び光透過性基板上の接触角よりも大きいこと、薄膜がフッ素樹脂であること、が好ましく、薄膜の厚さが1nm〜10μm、より好ましくは50nm〜1μmであることが好ましい。また薄膜の接触角が40°以上であることが好ましい。 In each of the above embodiments, the surface of the thin film is rough, the contact angle with respect to the uncured coating member on the thin film is larger than the contact angle on the wavelength conversion layer and the light-transmitting substrate, and the thin film is a fluororesin It is preferable that the thickness of the thin film is 1 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 1 μm. Moreover, it is preferable that the contact angle of a thin film is 40 degrees or more.
本発明によれば、発光面表面への被覆部材の這い上がりを抑制し、発光効率を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the climbing of the coating | coated member to the light emission surface surface can be suppressed, and luminous efficiency can be improved.
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、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い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。さらに、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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings shown below, hatching is appropriately omitted even in a cross-sectional view for easy understanding and improved visibility. Further, in the top view of the semiconductor light emitting device, components that are not originally visible in the top view are indicated by broken lines and hatched for convenience of explanation. Further, in the following description, even in the case of different embodiments and modifications, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
(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、発光素子10と、発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層12と、少なくとも波長変換層の側面を覆う光反射部材と、波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、表面が粗面であり波長変換層よりも接触角が大きい薄膜とを備えている。
(First embodiment)
A semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described.
The semiconductor light emitting device according to this embodiment includes a
より具体的には、図1(A)は半導体発光装置1の断面図、図1(B)は半導体発光装置1の上面図であり、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、波長変換層12と、光反射部材13と、薄膜14とを備えている。
More specifically, FIG. 1A is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device 1, FIG. 1B is a top view of the semiconductor light emitting device 1, and the semiconductor light emitting device 1 emits light as shown in FIG. An
発光素子10は、上面視で矩形状であり、発する光に対して透明な基板上に半導体層及び発光層を積層し、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、発光層から照射された光を外部へ照射する。従って、発光素子10は、上面及び側面が発光面となる。なお、発光素子10の電極は、図示しないバンプ等により実装基板11上の配線パターンに導通している。
The light-emitting
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。
In the present embodiment, the
Note that a wiring pattern (not shown) is formed on the
波長変換層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、波長変換層12には、例えば、セラミックと蛍光体の混合物や焼結体、ガラスと蛍光体の混合物、蛍光体膜を配置したセラミック、蛍光体膜を形成したガラス、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、波長変換層12は、発光素子10の上面の発光面と略同一の大きさであり、上面は粗面となっている。波長変換層の厚みは、例えば、10μm〜500μm程度、特に30μm〜250μm程度とすることが好ましい。
The
光反射部材13は、波長変換層12の側面を覆い、かつ、波長変換層12の上面を外部に露出させるように設けられている。光反射部材13としては、例えば、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)を所定量混合したものを適用することができる。
The
薄膜14は、半導体発光装置の最表面に設けられる。本実施形態においては波長変換層12の上面に設けられており、波長変換層12の上面の粗面に均一の膜厚で設けられている。従って、薄膜14の表面は粗面となっている。また、薄膜14としては、波長変換層12よりも未硬化の前記光反射部材に対する接触角の大きくなる材料を選択して適用する。より具体的には、薄膜14として、硬化する前の液体の状態の光反射部材13をはじく材料を適用する。また薄膜14の水に対する接触角が40°以上であることが好ましい。例えば、フッ素樹脂等の非粘着性及びすべり性が優れた材料を適用することで水の接触角40°以上を保持することができる。この他、薄膜14として、オルガノエポキシ等の有機物を適用することもできる。
The
また、薄膜の膜厚は、1nm〜10μm、より好ましくは50nm〜1μm、さらに好ましくは50nm〜100nmとすることが好ましい。本実施形態においては、波長変換層12の上面が粗面であるため、薄膜14を波長変換層12上に均一の膜厚で儲けることで、波長変換層12の凹凸に追随し、薄膜14の上面も凹凸を維持した粗面となる。なお、薄膜14は、予め波長変換層12の上面に、例えばスピンコーターやスプレーで形成しておくことが好ましい。
The thickness of the thin film is preferably 1 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 1 μm, and still more preferably 50 nm to 100 nm. In the present embodiment, since the upper surface of the
このように構成された半導体発光装置は以下のように製造される。
半導体発光装置の製造に先立って、波長変換層12となる蛍光体セラミックプレート上に、フッ素樹脂からなる薄膜14を形成しておく。なお、蛍光体セラミックプレートは、予め蛍光体濃度および厚みが調整されており、薄膜14が形成された後に所望の大きさに切断されている。本実施形態では、波長変換層12となる蛍光体セラミックプレートは、発光素子10の上面と略同サイズに切断されている。
The semiconductor light emitting device configured as described above is manufactured as follows.
Prior to the manufacture of the semiconductor light emitting device, a
そして、予め配線パターン(図示せず)が形成された実装基板11に発光素子10を図示しないバンプを介して実装する。次に、予め薄膜14が形成され発光素子10の上面と略同サイズに切断された蛍光体セラミックプレートを蛍光体セラミックプレート接着用の樹脂を塗布し発光素子10上面に搭載して、樹脂を加熱硬化させ波長変換層12及び薄膜14とする。
Then, the
次に、予め未硬化のシリコーン樹脂に光反射性フィラーを所定量混合した光反射部材を実装基板11上に、発光素子10及び波長変換層12の側面を完全に囲繞するまで流し込む。このとき、流し込まれた光反射部材13は、波長変換層12と光反射部材13の境界部が最も高く、波長変換層12から離れるにつれ徐々に低くなる。半導体発光装置がキャビティのある場合は、低くなった部分からキャビティ上面に向かって高くなり、波長変換層よりキャビティ上面が高い場合は、被覆部材の高さはキャビティと接続部が最も高くなる。
Next, a light reflecting member in which a predetermined amount of a light reflecting filler is mixed with uncured silicone resin in advance is poured onto the mounting
このように、光反射部材13は、光反射部材13が波長変換層12側へ這い上がり、波長変換層12の粗面において毛細管現象を生じて濡れ広がろうとする。ところが、波長変換層12の上面に未硬化の光反射部材13をはじく薄膜14が形成されているので、光反射部材13が波長変換層12に這い上がり濡れ広がることが抑制される。この状態で、光反射部材13を加熱又は紫外線照射等の適切な硬化方法により硬化させ、所定サイズにダイシングカットすることで、光反射部材13が波長変換層12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。
このように、光反射部材13が波長変換層12に這い上がり濡れ広がることが抑制されるので、波長変換層12の上面の粗面形状を維持し、光反射部材の這い上がりに起因した発光効率の低下や明るさの低下を抑制することができる。
As described above, the
In this way, the
本実施形態においては、波長変換層12が発光素子10の上面と略同サイズである例について説明したが、例えば、図2(A)及び(B)に示すように、波長変換層12が発光素子10の上面よりも小さいサイズであってもよい。また、図3(A)及び(B)に示すように、波長変換層12が発光素子10の上面よりも大きいサイズであってもよい。
さらに、波長変換層12の表面が粗面ではなく平坦面である場合には、薄膜14の表面を粗面とすることにより、同様に光反射部材13が波長変換層12に這い上がり濡れ広がることが抑制され、発光効率の低下や明るさの低下を抑制することができる。
In the present embodiment, the example in which the
Furthermore, when the surface of the
なお、薄膜14を波長変換層12の上面に形成する際に、薄膜14が粗面における凹部に厚く、凸部に薄く形成され、凹凸形状がわずかになだらかになることが考えられるが、このような場合にも粗面が完全に平坦になることはなく、粗面の凹凸形状を維持することができるため、発光効率を維持することができる。
In addition, when forming the
(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。
上述した本発明の第1の実施形態では、波長変換層12の上面に薄膜を形成する例について説明した。本実施形態では、半導体発光装置が、光透過性基板を備えており、光透過性基板に薄膜14を形成する例について説明する。図4は、本実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。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。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention will be described.
In the above-described first embodiment of the present invention, the example in which the thin film is formed on the upper surface of the
本実施形態に係る半導体発光装置は、発光素子10と、発光素子10から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層12と、波長変換層12によって波長変換された光を透過する光透過性基板15と、少なくとも光透過性基板15の側面を覆う光反射部材13と、波長変換層12によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、表面が粗面であり光透過性基板15よりも接触角が大きい薄膜と、を備えている。
The semiconductor light emitting device according to this embodiment transmits a
光透過性基板15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、本実施形態においては波長変換層12とほぼ同じ面積を有し、波長変換層12の上面に配置される。
薄膜14は、上述した第1の実施形態と同様に、半導体発光装置の最表面に設けられる。従って、本実施形態においては光透過性基板15の上面に設けられており、光透過性基板15の上面の粗面に均一の膜厚で設けられている。従って、薄膜14の表面は粗面となっている。また、薄膜14としては、光透過性基板15よりも未硬化の前記光反射部材に対する接触角の大きくなる材料を選択して適用する。より具体的には、薄膜14として、硬化する前の液体の状態の光反射部材13をはじき、水に対する接触角が40°以上となる材料を適用する。例えば、フッ素樹脂等の非粘着性及びすべり性が優れた材料を適用することで水の接触角40°以上を保持することができる。
The
The
また、薄膜の膜厚は、1nm〜10μmであることが好ましく、特に50nm〜1μmがより好ましい。本実施形態においては、光透過性基板15の上面が粗面であるため、薄膜14を波長変換層12上に均一の膜厚で儲けることで、光透過性基板15の凹凸に追随し、薄膜14の上面も凹凸を維持した粗面となる。なお、薄膜14は、予め光透過性基板15の上面に、例えばスピンコーターやスプレーで形成しておくことが好ましい。
The thickness of the thin film is preferably 1 nm to 10 μm, and more preferably 50 nm to 1 μm. In the present embodiment, since the upper surface of the
このように構成された半導体発光装置は、以下のように製造される。
半導体発光装置の製造に先立って、光透過性基板15となるガラス等の板状部材に、フッ素樹脂からなる薄膜14を形成しておく。なお、光透過性基板15は、薄膜14が形成された後に所望の大きさに切断されている。本実施形態では、光透過性基板15は、発光素子10及び波長変換層12の上面と略同サイズに切断されている。
そして、予め配線パターン(図示せず)が形成された実装基板11に発光素子10を図示しないバンプを介して実装する。次に、蛍光体セラミックプレートを蛍光体セラミックプレート接着用の樹脂を塗布し発光素子10上面に搭載して、蛍光体セラミックプレート接着用の樹脂を塗布して波長変換層12とする。続いて、波長変換層12の上面に薄膜14が形成された光透過性基板15を搭載し固着させる。
The semiconductor light emitting device configured as described above is manufactured as follows.
Prior to the manufacture of the semiconductor light emitting device, a
Then, the
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光反射部材を実装基板11上に、発光素子10及び光透過性基板15の側面を完全に囲繞するまで流し込む。このとき、流し込まれた光反射部材13は、光透過性基板15と光反射部材13の境界部が最も高く、光透過性基板15から離れるにつれ徐々に低くなる。
Next, a light reflecting member in which a predetermined amount of a light reflecting filler is mixed with silicone resin is poured onto the mounting
光反射部材13は光透過性基板15側へ這い上がり、光透過性基板15の粗面において毛細管現象を生じて濡れ広がろうとする。ところが、光透過性基板15の上面に光反射部材をはじく薄膜14が形成されているので、光反射部材13が波長変換層12に這い上がり濡れ広がることが抑制される。この状態で、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13が光透過性基板15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。
このように、光反射部材13が光透過性基板15に這い上がり濡れ広がることが抑制されるので、光反射部材の這い上がりに起因した発光効率の低下や明るさの低下を抑制することができる。
The
As described above, since the
なお、図5に、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給電を行うワイヤボンディング型の発光素子を適用した例を示した。図5では、発光素子10の上面、すなわち発光面側に波長変換層12を配置している。この例では、発光素子10上面にワイヤを配置するため、波長変換層12にワイヤを逃がすための切欠き12Aを形成している。図では、波長変換層12の任意の一辺の中央部に切欠きを設けているが、切欠きの位置は素子中央、角、辺など適宜定めることができ、また、ワイヤの数も1本、複数本等適宜定めることができる。
Note that FIG. 5 shows an example in which a wire bonding type light emitting element that supplies power via a bonding wire connected to the upper surface of the light emitting element is applied. In FIG. 5, the
上述した各実施形態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。
なお、光反射部材13の高さは、波長変換層12又は光透過性基板15から離れるに従って低下する傾向にあり、これが顕著になると、波長変換層12又は光透過性基板15の側面からの光漏れが大きくなり、半導体発光装置を、例えば、車両用灯具に適用した場合にはグレアの問題が発生する。上述した各実施形態における薄膜14を設けることにより、光反射部材13の高さを高くすることができるので、光反射部材13の形状を波長変換層12又は光透過性基板15に対して略平坦に広がる形状とすることができる。これにより、車両用前照灯に用いたときのグレアの問題を回避することができる。
The semiconductor light emitting device according to each embodiment described above can be applied to a light source of a headlamp or an ADB (Adaptive Driving Beam) type vehicle lamp, and can also be applied to a general lamp for illumination or the like. .
The height of the
10・・・発光素子、11・・・実装基板、12・・・波長変換層、13・・・光反射部材、14・・・薄膜、15・・・光透過性基板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、
少なくとも前記波長変換層の側面を覆う光反射部材と、
前記波長変換層の波長変換された光が出射する最表面に設けられ、未硬化の前記光反射部材をはじく性質を有し、表面が粗面である薄膜と、を備えた半導体発光装置。 A light emitting element;
A wavelength conversion layer that converts light emitted from the light emitting element into light of a predetermined wavelength;
A light reflecting member covering at least a side surface of the wavelength conversion layer;
A semiconductor light emitting device comprising: a thin film provided on the outermost surface from which the wavelength-converted light of the wavelength conversion layer is emitted, repels the uncured light reflecting member, and has a rough surface.
該発光素子から出射される光を所定波長の光に変換する波長変換層と、
該波長変換層によって波長変換された光を透過する光透過性基板と、
少なくとも該光透過性基板の側面を覆う光反射部材と、
前記光透過性基板の、前記波長変換層によって波長変換された光が出射する最表面に設けられ、未硬化の前記光反射部材をはじく性質を有し、表面が粗面である薄膜と、を備えた半導体発光装置。 A light emitting element;
A wavelength conversion layer that converts light emitted from the light emitting element into light of a predetermined wavelength;
A light transmissive substrate that transmits the light wavelength-converted by the wavelength conversion layer;
A light reflecting member covering at least a side surface of the light transmissive substrate;
A thin film having a property of repelling the uncured light reflecting member and having a rough surface provided on the outermost surface of the light transmissive substrate from which the light wavelength-converted by the wavelength conversion layer is emitted. A semiconductor light emitting device provided.
体発光装置。 The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thin film has a thickness of 1 nm to 10 μm.
Body light emitting device.
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