JP2023076326A - 半導体発光装置及び半導体発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の側面に個別の被覆部材を設けることなく、発光素子からの出射光及び波長変換部材からの出射光に対する遮光特性が高く、信頼性に優れた発光装置を提供する。また、複数の発光装置の近接配置が可能で、発光装置間の遮光に優れ、クロストークが抑制され、信頼性に優れた発光モジュールを提供する。【解決手段】ｐ電極及びｎ電極が基体上に設けられた配線基板１２と、ｐ電極及びｎ電極に接続されたｐ型半導体層及びｎ型半導体層を含み、配線基板上に貼り合わされた発光機能層２０と、板形状を有する透光性光学体５１の側面に設けられるとともに、透光性光学体の裏面の周縁部上に覆い被さって周縁部上に環状の枠体部が形成された遮光膜５５を有する透光性光学素子５０と、発光機能層が枠体部内側の凹部内に挿入されるように透光性光学素子を配線基板の上面に接着している接着層３５と、を備えている。凹部内は前記接着層によって充填されている。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、半導体発光装置及び半導体発光モジュール、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を有する半導体発光装置及び半導体発光モジュールに関する。

近年、高出力化や配光制御のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を複数デバイス内に配置して用いることが行われている。

例えば、自動車用ヘッドライトにおいて、走行環境に合わせて配光を制御する配光可変型のヘッドランプ（ADB: Adaptive Driving Beam）が知られている。また、高出力の照明用ＬＥＤパッケージや、ＬＥＤを高密度に配置した情報通信機器用のＬＥＤパッケージなどが知られている。

しかし、一般に、複数の半導体発光素子が並置された半導体発光装置において、導通されている素子から放出された光の一部が非導通状態の素子に伝播することがあった。このような漏れ光や光のクロストークは、複数の半導体発光素子を配置して用いる様々な応用分野において問題であった。

例えば、特許文献１には、原子層堆積法による光反射層によって基板及び発光素子の側面を被覆した半導体発光装置が開示されている。また、特許文献２には、半導体積層体の側面を覆う反射部材を有し、当該反射部材が第１絶縁体膜及び誘電体多層膜（ＤＢＲ）よりなる第２絶縁体膜を有する発光素子について開示されている。

特許文献３には、光透過部材、光透過部材に接合された発光素子、及び発光素子表面から光透過部材表面まで延在して設けられた導光部材を有する発光装置が開示されている。

特許文献４には、発光素子と、光透過部材と、光反射性材料を含有し、少なくとも光透過部材の側面を被覆する被覆部材とを有する発光装置が開示されている。

特開２０１５－２２５８６２号公報 特開２０１５－１１９０６３号公報 特開２０１０－２１９３２４号公報 特許２０１０－２１９３２４号公報

上記した従来の発光装置においては、波長変換部材及び発光素子の側面に被膜が設けられ、又は、波長変換部材及び発光素子の側面に導光部材が設けられていた。このような発光装置においては、発光装置の実装時における加熱又は使用環境下における熱履歴などによって、発光素子の側面の被膜又は発光素子と波長変換部材の接合部の側面の被膜の剥離やクラックが生じることがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、発光素子の側面に個別の被覆部材を設けることなく、発光素子からの出射光及び波長変換部材からの出射光に対する遮光特性が高く、信頼性に優れた発光装置を提供することを目的とする。

また、複数の発光装置の近接配置実装及び接触配置実装が可能で、発光装置間の遮光に優れ、クロストークが抑制され、信頼性に優れた発光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の１実施形態による半導体発光装置は、
ｐ電極及びｎ電極が基体上に設けられた配線基板と、
前記ｐ電極に接続されたｐ型半導体層、発光層及び前記ｎ電極に接続されたｎ型半導体層を含み、前記配線基板上に貼り合わされた発光機能層と、
板形状を有する透光性光学体の側面に設けられるとともに、前記透光性光学体の裏面の周縁部上に覆い被さって前記周縁部上に環状の枠体部が形成された遮光膜を有する透光性光学素子と、
前記発光機能層が前記枠体部内側の凹部内に挿入されるように前記透光性光学素子を前記配線基板の上面に接着している接着層と、を備え、
前記凹部内が前記接着層によって充填されている、半導体発光装置
本発明の他の実施形態による半導体発光モジュールは、
上記半導体発光装置を複数備えた半導体発光モジュールであって、
前記透光性光学素子の側面が互いに隣接して配置された２つの前記半導体発光装置を有している。

本発明のさらに他の実施形態による半導体発光モジュールは、
上記半導体発光装置を複数備えた半導体発光モジュールであって、
各接続系統が、前記透光性光学素子の側面が互いに隣接して配置されるとともに、直列接続された２つの前記半導体発光装置からなる複数の直列接続系統を有している。

本発明のさらに他の実施形態による半導体発光モジュールは、
上記半導体発光装置を複数備えた半導体発光モジュールであって、
４つの前記半導体発光装置が２×２マトリクス配置され、対角位置に配置されている１対の前記半導体発光装置と、対角位置に配置されている他の対の前記半導体発光装置とはそれぞれが直列接続されて２つの直列接続系統を有している。

本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す上面図である。 図１ＡのＡ－Ａ線に沿った断面を示す断面図である。 図１Ｂに対応し、半導体発光装置１０の構成を示す分解断面図である。 半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。 遮光膜５５の一例の断面を示すＳＥＭ像である。 遮光膜５５の上端部及びリム部５５Ｒを拡大して示すＳＥＭ像である。 他の例の遮光膜５５の断面を示すＳＥＭ像である。 遮光膜５５の誘電体多層膜の各層の膜厚を示すグラフである。 誘電体多層膜を有する遮光膜５５の反射率の波長依存性を示すグラフである。 ＬＥＤ１１の構造の一例を示す上面図である。 図５Ａに示す線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による半導体発光モジュール６０を示す上面図（上段）及び側面図（下段）である。 半導体発光モジュール６０の実装形態の一例を示す斜視図である。 半導体発光モジュール６０の内部構成を示す平面図（上段）、及び当該平面図に示す線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図（下段）である。 モジュール基板６１の２つの配線層の配線（上段及び下段）を模式的に示す平面図である。 本発明の第３の実施形態による半導体発光モジュール７０の内部構造を示す上面図（上段）及び側面図（下段）である。 図８Ａに示す線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。 本発明の第４の実施形態による半導体発光モジュール８０を示す上面図である。 半導体発光モジュール８０の内部構造を示す平面図（上段）及び当該平面図に示す線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図（下段）である。 モジュール基板８１の上面配線層８１Ａ，埋設配線層８１Ｂの配線を模式的に示す平面図である。 半導体発光装置１０Ａ１，１０Ａ２の接続形態を模式的に示す図である。 半導体発光装置１０Ｂ１，１０Ｂ２の接続形態を模式的に示す図である。

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。

［第１の実施形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す上面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線に沿った断面を示す断面図である。また、図１Ｃは、図１Ｂに対応し、半導体発光装置１０の構成を示す分解断面図である。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、半導体発光装置１０は、発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）１１と透光性光学素子である波長変換素子５０とを有している。波長変換素子５０はＬＥＤ１１上に透光性の接着層３５によって接着されている。

図１Ｃに示すように、ＬＥＤ１１は、配線基板（サブマウント）１２と、発光機能層２０とを有している。配線基板１２は、支持基板１２Ａと、支持基板１２Ａ上に形成された発光機能層２０と、陽極（アノード）１６Ａ及び陰極（カソード）１６Ｂとを有している。ＬＥＤ１１からは出射光ＬＥが出射される。支持基板１２Ａは、例えばＳｉ（シリコン）であって、ＬＥＤ１１からの出射光に対して不透明である。

発光機能層２０は、ｐ型半導体と、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層間に設けられて発光層とを有している。発光機能層２０は、ｐ－電極及びｎ－電極を有していてもよい。例えば、発光機能層２０の底面側に反射性の電極が設けられていてもよく、又は反射層が設けられていてもよい。あるいは、反射性の接合部材によって支持基板１２に接合されていてもよい。また、発光機能層２０は、支持基板１２のアノード１６Ａ及びカソード１６Ｂに電気的に接続されている。

波長変換素子５０は、板形状を有する波長変換体５１と、波長変換体５１の側面に設けられた遮光膜５５とを有している。本実施形態においては、遮光膜５５は波長変換体５１の側面の全体にわたって設けられている。しかし、遮光膜５５は波長変換体５１の側面の少なくとも一部、すなわち遮光したい側面部分に設けられていてもよい。

なお、以下においては、ＬＥＤ１１上に設けられる透光性光学素子として波長変換素子５０を例に説明するが、これに限られない。波長変換体５１の代わりに透光性光学体５１と、透光性光学体５１の側面に設けられた遮光膜５５とを有する透光性光学素子５０に適用することができる。

また、本実施形態においては、波長変換素子５０が矩形柱形状を有する場合を例に説明する。しかしながら、波長変換素子５０の形状はこれに限定されない。例えば、波長変換素子５０は、多角柱形状、円柱形状（長円柱形状を含む）等の形状を有していてもよい。

図１Ｃに示すように、ＬＥＤ１１の発光機能層２０から出射される出射光ＬＥは、接着層３５を透過し、波長変換体５１の裏面５１Ｂ（すなわち、発光機能層２０側の面）から波長変換体５１に入射する。

ＬＥＤ１１の出射光ＬＥは、例えば青色光である。ＬＥＤ１１の出射光ＬＥの一部は、波長変換体５１を通過する際に、例えば黄色光に波長変換される。そして、波長変換体５１からは、当該黄色光と、波長変換体５１を透過した青色光との混色光である白色光が波長変換体５１の上面５１Ｓから出射される（出射光ＬＭ）。

なお、ＬＥＤ１１の出射光ＬＥは青色光に限らず、赤色、緑色等の可視光帯域の光、紫外光、赤外光等の可視光帯域外の光であってもよい。

遮光膜５５は，波長変換体５１の裏面５１Ｂの周縁部上に覆い被さるように形成され、裏面５１Ｂから突き出た枠体部（以下、リム部という。）５５Ｒを有している。すなわち、リム部５５Ｒは、波長変換体５１の裏面５１Ｂの周縁部上に矩形環状の枠体として形成されている。

そして、図１Ｂに示すように、遮光膜５５の環状のリム部５５Ｒの底部５５Ｂは、ＬＥＤ１１の配線基板１２の上面に接するように接着層３５によって接着されている。すなわち、リム部５５Ｒの内側に形成された凹部５５Ｓ内に発光機能層２０が挿入され、凹部５５Ｓ内は接着層３５によって充填されている。

なお、リム部５５Ｒは配線基板１２の上面に接しておらず、リム部５５Ｒの底部５５Ｂと配線基板１２の上面との間に間隙があってもよい。この場合でも、発光機能層２０は接着層３５に埋設されている。なお、リム部５５Ｒの少なくとも一部が配線基板１２の上面に接していることが好ましい。また、リム部５５Ｒの全体が配線基板１２の上面に接していることが遮光性の点で最も好ましい。

図２は、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。本実施形態において、波長変換素子５０の３つの側面は配線基板１２よりも張り出すように配線基板１２上に設けられている。

複数の半導体発光装置１０を隣接又は接触配置する発光モジュールの場合、波長変換素子５０の側面のうち、少なくとも１つの側面又は側面の一部が配線基板１２の側面よりも張り出していることが好ましい。波長変換素子５０が矩形柱形状を有する場合には、３つの側面が配線基板１２の側面よりも張り出していることが最も好ましい。例えば、基板１２の側面より張り出した波長変換素子５０の部分によって隣接する発光装置１０の配線基板１２は、相互に離間するので短絡することがない。

図３Ａは、遮光膜５５の一例の断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像である。図３Ｂは、遮光膜５５の上端部及びリム部５５Ｒを拡大して示すＳＥＭ像である。また、図３Ｃは他の例の遮光膜５５の断面を示すＳＥＭ像である。

ここで、遮光膜５５は、Ａｌ_２Ｏ_３膜及びＴｉＯ_２膜を交互に積層した誘電体多層膜として形成した。遮光膜５５は、ガスソースＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置を用い、原子層エピタキシ（ＡＬＥ：Atomic Layer Epitaxy）法により形成した。また、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法によっても形成できる。

図４Ａは、遮光膜５５の誘電体多層膜の各層の膜厚を示すグラフである。下地層として厚い層（２００ｎｍ）を成膜し、その上に反射膜として機能するＡｌ_２Ｏ_３膜（Ａｊ：ｊ＝１，２，・・・）及びＴｉＯ_２膜（Ｂｊ：ｊ＝１，２，・・・）を交互に積層し、誘電体多層膜を形成した。なお、遮光膜５５に入射する光の波長域で遮光特性の角度依存性が小なるようにＡｌ_２Ｏ_３膜及びＴｉＯ_２膜の各膜厚を変化させた。すなわち、λ／４（λ：媒質内波長）に対応する膜厚に対して膜厚を変調させたＡｌ_２Ｏ_３膜及びＴｉＯ_２膜が含まれる多層膜を採用した。なお、遮光膜５５の総厚は、４．７μｍであった。

図４Ｂは、上記した誘電体多層膜を有する遮光膜５５の反射率の波長依存性を、光の入射角をパラメータとして計算した結果を示している。可視光帯域において、角度依存性が小さく高い反射率が得られることが理解される。

なお、遮光膜５５は、Ａｌ_２Ｏ_３膜及びＴｉＯ_２膜がそれぞれλ／４に対応する膜厚を有する膜を交互に積層した誘電体多層膜を用いてもよい。

図３Ａを参照すると、波長変換体５１の平坦な側面上に平坦で均一な層構造を有する遮光膜５５がしっかりと付着して形成されていることが分かる。また、図３Ｂに示すように、遮光膜５５の上端部においても、遮光膜５５が平坦で均一な層構造を有していることが確認された。また、遮光膜５５が波長変換体５１の底面の周縁部上に乗り上げて形成され、遮光膜５５の下端部に多層膜からなるリム部５５Ｒが形成されていることが確認された。

図３Ｃは、他の例の遮光膜５５の断面を示すＳＥＭ像である。図３Ｂと同様に、遮光膜５５の上端部及びリム部５５Ｒを拡大したＳＥＭ像が示されている。当該他の例の遮光膜５５においては、波長変換体５１の側面はうねった凹凸を有しており、図３Ｂに示した波長変換体５１よりも側面の平坦性は低い。しかしながら、波長変換体５１の側面上に遮光膜５５がしっかりと付着して形成されていることが分かる。また、遮光膜５５の層構造に幾らかのうねりが有っても遮光膜として十分に機能する。さらに、遮光膜５５の下端部に多層膜からなるリム部５５Ｒが形成されていることが確認された。

かかる構成により、ＬＥＤ１１の発光機能層２０から出射される光のうち、発光機能層２０の側面方向（横方向）に出射される光は、リム部５５Ｒによって遮光され、外部への出射が防止される。また、波長変換体５１の内部で導波される光も遮光膜５５によって遮光される。したがって、半導体発光装置１０においては、波長変換体５１の上面５１Ｓのみから光が出射される（出射光ＬＭ）。

また、発光機能層２０は、配線基板１２と波長変換素子５０とによって保護されている。また、発光機能層２０は、接着層３５によって気密封止されている。

なお、遮光膜５５は，例えば誘電体多層膜又は遮光性のセラミック膜によって形成することができる。遮光膜５５に用いられる誘電体多層膜としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｎｂ_２Ｏ_５の２つ以上からなる多層膜を用いることができるが、これに限定されず、種々の膜を交互に積層した遮光性又は反射性の多層膜を用いることができる。

或いは、遮光膜５５としてセラミック膜を用いる場合には、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化アルミ、窒化ケイ素を材料とした膜を用いることができる。

また、波長変換体５１の母材としては、アルミナ、ガラス、アルミガーネット等を用いることができ、蛍光体としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＧＹＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、α―サイアロン、β―サイアロン、ＣＡＳＮ、ＳＣＡＳＮ等を用いることができる。

以上、説明したように、半導体発光装置１０においては、発光機能層２０よりも僅かに大きいサイズの波長変換素子５０をＬＥＤ１１上に接着している。また、ＬＥＤ１１に電力供給がなされる電極は支持基板１２Ａの上面及び／又は下面上に設けられている。従って、波長変換素子５０よりも僅かに大きいサイズを有し、側方への光の放射が防止された高い遮光性を有する半導体発光装置１０を実現することができる。

［ＬＥＤ１１の構造］
図５Ａは、ＬＥＤ１１の構造の一例を示す上面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。

発光機能層２０には、いわゆるシンフィルムＬＥＤ（thin-film LED）層が用いられている。より具体的には、発光機能層２０は、成長基板上にエピタキシャル成長したＬＥＤ構造を有する半導体積層体（シンフィルムＬＥＤ）を成長基板から取り外した構成を有している。取り外した発光機能層２０は、配線基板１２に貼り合わされる。

より詳細には、発光機能層２０は、ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３を有している。また、発光機能層２０は、ｐ型半導体層２３上に設けられた反射性のｐ－電極２５Ａと、ｎ型半導体層２１上に設けられたｎ－電極２５Ｂとを有している。

反射性のｐ－電極２５Ａは、例えば透光性導電膜のＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）及びＡｇ（銀）反射膜がｐ型半導体層２１上にこの順で形成されたＩＴＯ／Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｇ層などを用いることができる。また、ｎ－電極２５Ｂは、Ｔｉ（チタン）及びＡｕ（金）がｎ型半導体層２１上にこの順で形成されたＴｉ／Ａｕ層などを用いることができる。

なお、ｐ－電極２５Ａ及びｎ－電極２５Ｂの材料及び構造は上記したものに限定されない。光反射による取り出し効率向上、オーミック特性、素子信頼性、寿命などの特性を考慮して適宜選択し得る。

発光機能層２０は、発光機能層２０の中央部にｐ型半導体層２３の表面からｎ型半導体層２１の内部に達するビア２６Ｖを有している。ｎ－電極２５Ｂは、ビア２６Ｖに露出する型半導体層２１上に設けられている。なお、ビア２６Ｖの内壁及び発光機能層２０の側面は保護膜２７によって被覆されている。

なお、ｎ型半導体層２１及びｐ型半導体層２３は、それぞれ少なくとも１つの半導体層からなり、障壁層、電流拡散層、コンタクト層など、特性向上等の設計に応じた種々の半導体層を有していてもよい。

配線基板１２は、導電性の支持基板１２Ａと、支持基板１２Ａの表面及び裏面にそれぞれ形成されたアノード１６Ａ及びカソード１６Ｂとを有している。支持基板１２Ａとしてｎ型半導体であるＳｉが用いられている。

より詳細には、支持基板１２Ａ上に、ＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜１４が形成されている。層間絶縁膜１４上には、ｐ－配線電極１６が形成されている。ｐ－配線電極１６は絶縁膜でありＳｉＯ_２からなる基板保護膜１５によって被覆されている。図５Ａ、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、基板保護膜１５は、波長変換素子５０が載置される領域の外側において開口を有し、ｐ－配線電極１６上に設けられたパッド電極であるアノード１６Ａが当該開口から露出している。すなわち、アノード１６Ａは、波長変換素子５０の載置領域よりも張り出した配線基板１２の上面に設けられている。

また、基板保護膜１５は、発光機能層２０の底面のｐ－電極２５Ａに対応した矩形状の開口を有し、当該矩形状の開口からはｐ－配線電極１６が露出し、発光機能層２０のｐ－電極２５Ａに接合されている。

また、基板保護膜１５は、発光機能層２０のビア２６Ｖに対応する円形状の開口を有している。当該円形状の開口からは支持基板１２Ａが露出し、当該露出部上にはオーミック電極であるｎ－配線電極１８Ｂが形成されている。

発光機能層２０のｐ－電極２５Ａは、配線基板１２のｐ－配線電極１６に接合層２６Ａによって接合されている。また、発光機能層２０のｎ－電極２５Ｂは、支持基板１２Ａ上のｎ－配線電極１８Ｂに接合層２６Ｂによって接合されている。すなわち、発光機能層２０は、発光機能層２０の底面側にｐ－電極及びｎ－電極を有し、いわゆるｐ－サイドダウンで配線基板１２に実装されている。

［第２の実施形態］
図６Ａは、本発明の第２の実施形態による半導体発光モジュール６０を示す上面図（上段）及び側面図（下段）である。

半導体発光モジュール６０は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）多層セラミック基板であるモジュール基板６１と、半導体発光装置１０と同一の構造を有する２つの半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂ（これらを特に区別しない場合には、半導体発光装置１０という。）とを有している。

モジュール基板６１上には、枠体６２が設けられ、枠体６２の内側に半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂが実装されている。半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂの側面が互いに隣接して配置されている。なお、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂは、波長変換素子５０の側面が互いに接触して配置されていてもよい。また、枠体６２と、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂとの間の空間は被覆部材６３で充填されている。

なお、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂは、同一の発光色の発光装置であってもよく、あるいは互いに異なる発光色の発光装置であってもよい。また、枠体６２の内側には保護素子が設けられていてもよい。

また、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂは遮光膜５５によって遮光されているので、必ずしも被覆部材６３は設けられていなくともよい。半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂの保護又は装置の見栄え等のために設けられる場合には、例えば透光性、白色又は黒色等の被覆部材を適宜選択して用いることができる。

モジュール基板６１は、上面配線層（第１配線層）６１Ａと、埋設配線層（第２配線層）６１Ｂと、基板の底面に設けられたモジュール接合層６１Ｃとを有している。また、モジュール基板６１上には、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂに電気的に接続された第１端子６９Ａ及び第２端子６９Ｂ（これらを特に区別しない場合には、端子６９という。）が設けられている。第１端子６９Ａ及び第２端子６９Ｂは、例えば、それぞれアノード及びカソードである。

以下に、半導体発光モジュール６０の構成部材について詳細に説明する。モジュール基板６１は、基材として、例えばアルミナ、ジルコニア又は窒化アルミを用いることができる。また、配線材としては、例えば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）を用いることができる。表面配線材としては、例えばニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）を用いることができる。モジュール接合層６１Ｃとしては、例えばタングステン／ニッケル／金（Ｗ／Ｎｉ／Ａｕ）を用いることができる。なお、半導体発光モジュール６０をヒートシンク又は配線基板上に接着剤で接着する場合には、モジュール接合層６１Ｃを設ける必要はない。

枠体６２には、例えばシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂を用いることができる。枠体６２を白色とする場合には、例えば酸化チタン粒子又はアルミナ粒子をシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等に含ませ、黒色とする場合には、例えば黒酸化チタン、黒アルミナ又はカーボンブラック等を含ませることができる。なお、増粘剤、チクソ剤を含ませてもよい。

図６Ｂは、半導体発光モジュール６０の実装形態の一例を示す斜視図である。半導体発光モジュール６０は、ヒートシンク１１０上に伝熱性接着剤１１２を用いて実装されている。また、半導体発光モジュール６０の端子６９は、回路基板１１３の配線１１４とリボン配線１１５で接続されている。

このように、半導体発光モジュール６０は、モジュール基板６１を直接ヒートシンクに実装することができ、優れた放熱性を有する。また、半導体発光モジュール６０の第１端子６９Ａ，第２端子６９Ｂと回路基板１１３の配線をリボン配線１１５（例えば銅リボン、金リボン）で結線することができるので、リボン配線１１５による放熱も可能である。また、枠体６２、被覆部材６３、波長変換素子５０を透光性のフッ素樹脂で被覆することによって、腐食性の雰囲気ガスから保護することもできる。

図７Ａは、半導体発光モジュール６０を上面から見た図であって内部構成を示す平面図、及び当該平面図に示す線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。なお、説明及び理解の容易さのためそれぞれ上段及び下段に並べて示す。また、図７Ｂは、モジュール基板６１の２つの配線層の配線（上面配線層６１Ａ及び埋設配線層６１Ｂ）を模式的に示す平面図である。また、被覆部材の図示を省略している。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、モジュール基板６１の上面配線層６１Ａは、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂがそれぞれ載置される載置配線６５Ａ，６５Ｂと、中継配線６６と、端子配線６４Ａ．６４Ｂとを有している。

半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂのアノード１６Ａはボンディングワイヤにより中継配線６６に接続され、カソード１６Ｂは接合層によって載置配線６５Ａ，６５Ｂに接続されている。したがって、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂは、端子配線６４Ａ．６４Ｂ間に直列に接続されている。端子配線６４Ａ及び６４Ｂはそれぞれ第１端子６９Ａ及び第２端子６９Ｂに接続されている。

なお、半導体発光モジュール６０には、保護素子６７が設けられている。保護素子６７には、例えばツェナーダイオード、バリスタ又はコンデンサを用いることができる。

モジュール基板６１は、上面配線層６１Ａの下面側に設けられた埋設配線層６１Ｂを有している。埋設配線層６１Ｂは、埋設配線６８を有している。上面配線層６１Ａの載置配線６５Ａ，６５Ｂ（特に区別しないときは、載置配線６５という。）と、中継配線６６及び端子配線６４Ａ．６４Ｂは、ビア配線６１Ｖを介して埋設配線層６１Ｂの埋設配線６８に接続されている。

かかる構成によれば、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂが互いに隣接して配置され、又は互いに接触して配置されるとともに、半導体発光装置１０Ａ及び１０Ｂ間の遮光に優れ、クロストークが抑制された半導体発光モジュールを提供することができる。

また、波長変換素子の周囲に遮光性の部材等を配置せずに、出光面のコントラストが高い半導体発光モジュールを提供することができる。また、コンパクトに半導体発光装置が配列された半導体発光モジュールを提供することができる。

［第３の実施形態］
図８Ａは、本発明の第３の実施形態による半導体発光モジュール７０の内部構造を示す上面図（上段）及び側面図（下段）である。

第２の実施形態の半導体発光モジュール６０においては、半導体発光装置１０が１行２列に配置されていたが、半導体発光モジュール７０においては、半導体発光装置１０が３行２列に配列されて構成されている。なお、被覆部材の図示を省略している。

より詳細には、半導体発光モジュール７０には、枠体６２の内側に半導体発光装置１０（ｍ，ｎ）がマトリクス配列されている（ｍ＝３，ｎ＝２）。半導体発光装置１０（１，１）及び１０（１，２）が第１行として配置されている。半導体発光モジュール７０のモジュール基板７１には、半導体発光モジュール６０のモジュール基板６１と同様な配線接続が３系統、互いに電気的に独立して並列に設けられている。

より詳細には、半導体発光装置１０（１，１）及び１０（１，２）のアノード１６Ａ（図示しない）はボンディングワイヤにより中継配線６６に接続され、中継配線６６は埋設配線６８に接続されている。したがって、半導体発光装置１０（１，１）及び１０（１，２）は端子配線６４Ａ１．６４Ｂ１間に直列に接続されている。そして、半導体発光装置１０（１，１）及び１０（１，２）は、第１系統Ｌ１を構成している。

また、第２行の半導体発光装置１０（２，１）及び１０（２，２）、第３行の半導体発光装置１０（３，１）及び１０（３，２）も同様である。すなわち、第２系統Ｌ２の半導体発光装置１０（２，１）及び１０（２，２）は、端子配線６４Ａ２．６４Ｂ２間に直列に接続されている。また、第３系統Ｌ３の半導体発光装置１０（３，１）及び１０（３，２）は、端子配線６４Ａ３．６４Ｂ３間に直列に接続されている。つまり、第１系統Ｌ１、第２系統Ｌ２及び第３系統Ｌ３はそれぞれ独立に発光制御することができる。

したがって、各系統別に通電制御することで、発光パターン及び光量を調節することができる。また、系統毎に発光色の異なる半導体発光装置１０を設けることによって系統毎に発光色を異ならせることもできる。

図８Ｂは、図８Ａに示す線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。すなわち、第１系統Ｌ１の半導体発光装置１０（１，１）及びこれに隣接して配置された第２系統Ｌ２の半導体発光装置１０（２，１）を横切る断面を模式的に示している。

半導体発光装置１０（１，１）及び半導体発光装置１０（２，１）は接合層７３によって載置配線６５に接合され、互いに隣接して配置されている。より具体的には、半導体発光装置１０（１，１）及び１０（２，１）は２００μｍ以下の狭ギャップで近接して配置されている。

なお、半導体発光装置１０（１，１）及び１０（２，１）は２０～２００μｍの狭ギャップで配置されていてもよい。さらに、１００μｍ以下の狭ギャップで、又は５０μｍ以下のさらなる狭ギャップで近接して、あるいは接触して（ギャップ＝０）で配置されていてもよい。

なお、本明細書において、近接配置とは、半導体発光装置１０を狭い間隙（２００μｍ以下）で離間して配置する場合をいう。

かかる構成によれば、波長変換素子５０の遮光被膜５５が横方向の長波長光ＷＬ及び短波長光ＷＳにかかわらず光洩れが防止される。また、各系統毎に通電した際に隣接する発光装置が疑似発光することによる光滲みを防止することができる。

また、半導体発光装置１０を隣接配置した場合、隣接する半導体発光装置１０の発光機能層２０及び波長変換体５１の間には２つの遮光被膜５５が配置されることになる。例えば、１つの遮光被膜の光洩れが０．０５（５％）としたとき、２つの遮光被膜５５により０．００２５（０．２５％）まで光洩れは減衰する。また、隣接する半導体発光装置１０間に遮光性（反射性又は吸収性）の被覆部材を配置することによって、更に光洩れを低減することができる。

［第４の実施形態］
図９Ａは、本発明の第４の実施形態による半導体発光モジュール８０を示す上面図である。図９Ｂは、半導体発光モジュール８０を上面から見た図であって内部構成を示す平面図（上段）、及び当該平面図に示す線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図（下段）である。また、図９Ｃは、モジュール基板８１の上面配線層８１Ａ，埋設配線層８１Ｂの配線を模式的に示す平面図である。

図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、半導体発光モジュール８０には、モジュール基板８１上の枠体６２の内側に、４つの半導体発光装置１０Ａ１，１０Ｂ１，１０Ａ２，１０Ｂ２が設けられている。より詳細には、４つの半導体発光装置１０Ａ１，１０Ｂ１，１０Ａ２，１０Ｂ２は、互いに隣接して２×２のマトリクス状に配列されている。

対角位置に配置されている１対の半導体発光装置１０Ａ１及び１０Ａ２は第１の発光色、例えば白色光を出射し、対角位置に配置されているもう１対の半導体発光装置１０Ｂ１及び１０Ｂ２は第２の発光色、例えばアンバー色（橙色）光を出射する。

半導体発光装置１０Ａ１，１０Ａ２（第１の発光色の半導体発光装置）は載置配線８５Ａ上に載置されている。半導体発光装置１０Ａ１，１０Ａ２のアノード１６Ａはボンディングワイヤにより中継配線８６Ａに接続され、カソード１６Ｂは接合層によって載置配線８５Ａに接続されている。

他の対の半導体発光装置１０Ｂ１及び１０Ｂ２（第２の発光色の半導体発光装置）についても同様であり、半導体発光装置１０Ｂ１及び１０Ｂ２は、載置配線８５Ｂ上に載置され、アノード１６Ａはボンディングワイヤにより中継配線８６Ｂに接続され、カソード１６Ｂは接合層によって載置配線８５Ｂに接続されている。

なお、図９Ｂに示すように、半導体発光モジュール８０の第１～第４の端子６９Ａ１，６９Ｂ１，６９Ａ２，６９Ｂ２（破線で示す）が上面配線層８１Ａの端子配線６４Ａ１，６４Ｂ１，６４Ａ２，６４Ｂ２上に設けられている。

図９Ｃは、モジュール基板８１の埋設配線層８１Ｂの埋設配線８８Ａ，８８Ｂを示す図である。上面配線層８１Ａの配線との位置関係が分かり易いように、上面配線層８１Ａの載置配線８５Ａ，８５Ｂ及び中継配線８６Ａ，８６Ｂ（破線）を重ねて示している。

上面配線層８１Ａの載置配線８５Ａ，８５Ｂと、中継配線８６Ａ，８６Ｂ及び端子配線６４Ａ１，６４Ｂ１，６４Ａ２，６４Ｂ２は、ビア配線８１Ｖを介して埋設配線層８１Ｂの埋設配線８８Ａ，８８Ｂに接続されている。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、理解の容易さのため、それぞれ半導体発光装置１０Ａ１，１０Ａ２の接続形態及び半導体発光装置１０Ｂ１，１０Ｂ２の接続形態を分離して模式的に示す図である。

図１０Ａに示すように、１対の半導体発光装置１０Ａ１，１０Ａ２は埋設配線８８Ａによって端子配線６４Ａ１．６４Ｂ１間に直列に接続されている。したがって、半導体発光装置１０Ａ１，１０Ａ２は、第１系統の接続回路を構成している。

また、図１０Ｂに示すように、他の対の半導体発光装置１０Ｂ１，１０Ｂ２は埋設配線８８Ｂによって端子配線６４Ａ２．６４Ｂ２間に直列に接続されている。したがって、半導体発光装置１０Ｂ１，１０Ｂ２は、第２系統の接続回路を構成している。

第１の発光色の系統である第１系統の接続回路と第２の発光色の系統である第２系統の接続回路とは電気的に分離されており、それぞれ独立に発光制御することができる。

本実施形態の半導体発光モジュール８０によれば、上記した第２及び第３の実施形態の半導体発光モジュールと同様な利点が得られる。すなわち、複数の発光装置の近接配置実装及び接触配置実装が可能で、発光装置間の遮光に優れ、また、隣接する半導体発光装置１０が疑似発光することによる光滲みを防止することができる。

さらに、本実施形態の半導体発光モジュール８０によれば、１の発光色を有する複数の半導体発光装置と、これとは異なる発光色を有する複数の半導体発光装置とをクロス配置、すなわち市松模様上に互い違いに配置することができる。すなわち、このように配置した場合であっても、発光装置間の遮光に優れ、各半導体発光装置の発光色の偏りが抑制された半導体発光モジュールを提供することができる。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、発光素子の側面に個別の被覆部材を設けることなく、発光素子からの出射光及び波長変換部材からの出射光を遮光する性能の高い発光装置を提供することができる。また、複数の発光装置の近接配置及び接触配置が可能で、発光装置間の遮光に優れ、クロストークの抑制された発光モジュールを提供することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０（ｍ，ｎ），１０Ａ１，１０Ｂ１，１０Ａ２，１０Ｂ２：半導体発光装置
１１：発光素子
１２：配線基板
１２Ａ：支持基板
１４：層間絶縁膜
１５：基板保護膜
１６：ｐ－配線電極
１６Ａ：アノード
１６Ｂ：カソード
１８Ｂ：ｎ－配線電極
２０：発光機能層
２１：ｎ型半導体層
２２：発光層
２３：ｐ型半導体層
２５Ａ：ｐ－電極
２５Ｂ：ｎ－電極
２６Ｖ：ビア
５０：透光性光学素子
５１：透光性光学体
５５：遮光膜
５５Ｒ：リム部
６０，７０，８０：半導体発光モジュール
６１，７１，８１：モジュール基板
６１Ａ，８１Ａ：上面配線層
６１Ｂ，８１Ｂ：埋設配線層
６１Ｖ，８１Ｖ：ビア配線
６２：枠体
６３：被覆部材
６４，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ａ１，６４Ｂ１，６４Ａ２，６４Ｂ２：端子配線
６５，６５Ａ，６５Ｂ，８５Ａ，８５Ｂ：載置配線
６６，８６Ａ，８６Ｂ：中継配線
６７：保護素子
６８，８８Ａ，８８Ｂ：埋設配線
６９Ａ，６９Ｂ，６９Ａ１，６９Ｂ１，６９Ａ２，６９Ｂ２：端子

Claims (16)

1. ｐ電極及びｎ電極が基体上に設けられた配線基板と、
   前記ｐ電極に接続されたｐ型半導体層、発光層及び前記ｎ電極に接続されたｎ型半導体層を含み、前記配線基板上に貼り合わされた発光機能層と、
   板形状を有する透光性光学体の側面に設けられるとともに、前記透光性光学体の裏面の周縁部上に覆い被さって前記周縁部上に環状の枠体部が形成された遮光膜を有する透光性光学素子と、
   前記発光機能層が前記枠体部内側の凹部内に挿入されるように前記透光性光学素子を前記配線基板の上面に接着している接着層と、を備え、
   前記凹部内が前記接着層によって充填されている、半導体発光装置。
2. 前記ｐ電極及びｎ電極のうち少なくとも一方は前記透光性光学素子が接着された前記配線基板の面上に設けられている、請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記遮光膜の前記枠体部の少なくとも一部が前記配線基板の前記上面に接触している、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記遮光膜は、前記透光性光学体の側面の全体にわたって設けられている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
5. 前記透光性光学素子の側面の少なくとも一部が前記配線基板の側面よりも張り出している、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
6. 前記透光性光学素子は矩形注形状を有し、前記透光性光学素子の側面のうち３側面が前記配線基板の側面よりも張り出している、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
7. 前記発光機能層は前記配線基板側の面に反射層を有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
8. 前記透光性光学素子は波長変換素子である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の半導体発光装置を複数備えた半導体発光モジュールであって、
   前記透光性光学素子の側面が互いに隣接して配置された２つの前記半導体発光装置を有する、半導体発光モジュール。
10. 前記透光性光学素子の側面が互いに接触して配置された２つの前記半導体発光装置を有する、請求項９８に記載の半導体発光モジュール。
11. 前記２つの前記半導体発光装置は互いに発光色が異なる、請求項９又は１０に記載の半導体発光モジュール。
12. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の半導体発光装置を複数備えた半導体発光モジュールであって、
    各接続系統が、前記透光性光学素子の側面が互いに隣接して配置されるとともに、直列接続された２つの前記半導体発光装置からなる複数の直列接続系統を有する半導体発光モジュール。
13. 前記複数の直列接続系統は、前記複数の直列接続系統の前記半導体発光装置が互いに隣接してマトリクス配置されている、請求項１２に記載の半導体発光モジュール。
14. 前記複数の直列接続系統は接続系統毎に発光色が異なる、請求項１２又は１３に記載の半導体発光モジュール。
15. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の半導体発光装置を複数備えた半導体発光モジュールであって、
    ４つの前記半導体発光装置が２×２マトリクス配置され、対角位置に配置されている１対の前記半導体発光装置と、対角位置に配置されている他の対の前記半導体発光装置とはそれぞれが直列接続されて２つの直列接続系統を有する、半導体発光モジュール。
16. 前記２つの直列接続系統は互いに発光色が異なる、請求項１５に記載の半導体発光モジュール。

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