TW201114072A - Semiconductor light-emitting device and light source device using the same - Google Patents

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201114072 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種利用於投影光源或車輛前照燈等之 點光源之半導體發光裝置及使用其光源裝置。 【先前技術】 上述半導體發光裝置之一例有白色發光二極體（以下稱 為白色led)，其具備固態半導體元件、及將該固態半導體 兀件射出之一次光轉換成更長波長光之波長轉換體。此種 白色LED，作為固態發光元件，例如廣泛用於將inGaN系 之化合物半導體作為發光層之發光二極體（以下稱為led晶 片）。又，作為波長轉換體，例如係採用使粉末狀之螢光體 分散於透光性樹脂中之構造之樹脂螢光膜。 近年來，期望半導體發光裝置之高輸出化不斷提高。 然而，當半導體發光裝置之高輸出化使得LED晶片射出之 螢光體激發光之光輸出增加，會隨著螢光體之波長轉換之 能量損失（Stokes l〇ss，史托克能量損失）而產生熱，此熱會 蓄積於樹脂螢光膜而引起樹脂螢光膜之溫度上升，因螢光 體之溫度清光而導致光子轉換效率下降。 又，因樹脂螢光膜等之溫度上升及LED晶片射出之強 一次光照射，使得樹脂螢光膜之透光性樹脂與周邊構件或 環境氣氛產生化學反應等，而對透光性樹脂之各種物性造 成不良影響’導致光輸出下降及透光性降低等情形。 因此，為抑制波長轉換體之溫度上升，已提案有採用 4 201114072 高導熱率且散熱性優異之透光性螢光陶瓷、螢光玻璃、光 功能性複合㈣等陶竞系成㈣’作為波長轉換體（參照專 利文獻1、2等）。 專利文獻1 :曰本特開2004-146835號公報 專利文獻2 :曰本特開2006-5367號公報 【發明内容】 、…然而，就算在使用習知之LED晶片與陶究系成形體之 半導體發光裝置’於LED晶片發光時（動作時），仍會因led 晶片之電力損失而發熱’且會因前述之史托克斯損失使得 陶竟系成形體亦發熱。此處’由於陶竟系成形體之熱膨脹 率大於LED晶片之熱膨脹率，因陶竟系成形體與led晶片 之熱膨脹率差，於陶€系成形體與㈣晶片之邊界附近產 生應力作用。X ’由於陶兗系螢光體’比前述樹脂勞光膜 具有面剛性’因此，若發生上述應力則施加於㈣晶片之 力變大’會有半導體發光裝置之可靠性降低之虞。例如， 在LED晶片之晶膜層以具有裂開性之⑽系化合物半導體 形成之情形’會有因上述應力使得上述化合物半導體層破 壞’而使半導體發光裝置的壽命變短之情形。 土本發月係用以解決上述問題點者，其提供一種使用高 可生之陶瓷系成形體之半導體發光裝置及使用其之光源 *本發明之半導體發光裝置，包含固態發光元件、及將 、〜發光7L件射出之一次光轉換成更長波長之光之波長 201114072 轉換體；其特徵在於：該波長轉換體包含由含螢光體之透 光性無機成形體形成之波長轉換層、及黏合劑層；該波長 轉換體配置於該固態發光元件之主光取出面上，該黏合劑 層沿著由該主光取出面射出之光之放射方向配置。 又，本發明之光源裝置’其特徵在於：包含上述本發 明之半導體發光裝置。 [發明效果] 根據本發明，可提供使用高可靠性之陶究系成形體之 半導體發光裝置及使用其之光源裝置。 【實施方式】 以下’說明本發明之實施形態。 本發明之半導體發光裝置，具備固態發光元件、及將 該固態發光元件射出之一次光轉換成更長波長之光之波長 轉換體。又，該波長轉換體具備：由含螢光體之透光性無 機成形體形成之波長轉換層、及黏合劑（binder)層，該波長 轉換體配置於該固態發光元件之主光取出面上，該黏合劑 層沿著由該主光取出面射出之光之放射方向配置。 在本發明之半導體發光裝置，就算固態發光元件及波 長轉換層發熱，因固態發光元件與波長轉換層之膨脹係數 之差而產生應力，由於黏合劑層可吸收該應力，可緩和於 固態發光7L件產生之應力，提高半導體發光元件之可靠性。 又，由於含螢光體之透光性無機成形體一般係由高透 明性結晶形成，因此，從固態半導體元件射出之一次光之 6 201114072 指向性變高，另—古； ^ 方面’從螢光體射出之轉換光呈等向性 放射。因此，雜姊、士 , 雖，、、、、在$知之半導體發光元件會產生色分離 之It形’ ’在本發明之半導體發光裝置，因存在有黏合 劑層，固態半導^ _ 卞导體7L件之一次光在波長轉換體中有某種程 射可抑制色分離。又，為抑制色分離，不必如習 去所進行之於波長轉換層添加雜質，故亦可提高S長轉換 層之光透射率。 A上述黏合劑層，亦具有能將上述固態發光元件射出之 人光中至少通過上述黏合劑層内部之光、與上述波長轉 換體射出之光之_部分，利用光散射而加以混光之功能。 藉此’亦可抑制色分離。 由於上述黏合劑層具有上述功能，上述黏合劑層，較 佳係包含至少一種選自由γ2〇3、Al2〇3、Si〇2、Zr02、玻璃 珠（glass beads)及氣泡所構成之群中具有光散射功能或遮光 功能之材料。 又’本發明之光源裝置’係使用上述本發明之半導體 發光裝置。因& ’可提供高可靠性之光源裝置。作為本發 明之光源裝置，可舉例如投影用光源、車輛用頭燈等之前 照燈具、或液晶背光（back Ught)光源照相機閃光用光源、 一般照明用光源等。 其次’根據圖式說明本發明之半導體發光裝置。 (實施形態1) 圖1係表示本發明之半導體發光裝置之一例之示意截 面圖。圖1中，半導體發光裝置1〇，具備固態發光元件u、 201114072 及將固態發光元件 波長轉換體12。又，：次光轉換成更長波長之光之 性無機成形體形成之12具備由含勞光體之透光 ,Μ ^ ^ 成之波長轉換層Ua、及黏合劑層12^波 长轉換體12隔著以锈 透先生黏者物質構成之黏著層13密合 配置於固態發光元件 干U之主先取出面11a上。黏合劑層 ’乍為從主光取出面Ua射出之光之放射方向之一例係 目對主光取出面Ua配置於垂直方向。 在此，主光取出面，係指固態發光元件之發光面中， 發光量最大之發光面。 〜發光元件11 ’係用以將電能轉換成光之光電轉換 兀件’具體而$ ’如發光二極體、雷射二極體、面發光雷 射二極體 '㈣電致發光⑷⑽。lurrnneseenee)元件、有機 電致發光元件等。尤其，就半導體發光裝置之高輸出化方 面而5，較佳係發光二極體或面發光雷射二極體。關於固 態發光70件1 1射出之光之波長，基本上無特別限定，只要 在能將包含於波長轉換層12a之螢光體激發之波長範圍内 即可。但，為能製造可將使用之螢光體高效率激發、且可 射出白色系發光之高發光性能之半導體發光裝置，較佳係 使用具有大於340nm、且5〇〇nm以下、更佳為大於35〇nm' 且420nm以下之波長範圍’或較佳為大於42〇nm、且5〇〇nm 以下、更佳為大於360nm、且500nm以下之波長範圍，或 大於440nm、且480nm以下之波長範圍、即在近紫外、紫 色或藍色之波長域具有發光峰值（peak)之固態發光元件。 波長轉換層12a ’係由含螢光體之透光性無機成形體、 8 201114072 即陶瓷等形成。波長轉換層12a，由於係由高導熱率且散熱 性優異之無機成形體（陶究等）形成，故可抑制波長轉換體之 溫度上升。 作為使用於波長轉換層12a之螢光體，可使用包含選自 Mg、Ca、Sr、Ba、γ、La、Gd、Tb 及 Lu 之至少—種元素 所^成之構成元素群，上述構成元素群之-部分可使用以 G置換者，例如，可使用YAG(Y3Ai5〇i2 : ce3+)、 Ca3Sc2Si3〇12 : Ce3+、（γ，Gd)3Al5〇|2 : Ce3+等。 、，黏。劑層12b ’由於配置成作為從主光取出Φ 1 la射出 之光之放射方向之-例係相對主光取出面Ua配置於垂直 :向士因A ’不會妨礙固態發光元件n之光放射。又，藉 二於=發光元件"朝半導體發光裝置1〇之外側 =傳Si波長轉換層㈣續存在，因此，可確保 …之傳導路從’可抑制波長轉換體12之溫度上升。 作為黏合劑層1 2b > 44· Μ 盔機志报舻夕h Λ 材質，較佳係使用揚氏模數小於 '…機成形體之材料，例如， 彻脂、氟樹脂、陶究系：二f機黏著劑、環氧樹脂、 點玻璃等。 糸黏者劑、溶膠凝膠玻璃、低融 又，黏合劑層12 h + 長轉換…用單1:含有勞光體。藉此’就算 多色化。 赏九體陶瓷，亦能使波長轉換體12 黏合劑層12b所合古 之紅色勞光體。通常，由/勞光體’較佳係進行紅色發光 藉由使用於黏合劑層12b色登光體難以陶究化，因此， 可謀求波長轉換體12之高演色 201114072 化0 乍為用於黏著層13之黏著物質，只要能將 件11與波長轉換體12接合 '具有透 ·、、“ 別限定n n 性者即可，並無特 氟樹r 機黏著劑'環氧樹脂、石夕氧樹脂、 “"曰、陶究系黏著劑、溶膠凝膠玻璃、低融點玻璃等。 又’黏著層13,較佳係以與黏合劑層⑶相同 成。設成相同材曾之理ώ +认 * •…I思 可將欲從點著層13而通過 ο s⑶之光順利地取出，可提高光取出效率，此外， 黏著層13對黏合劑層12b之黏著強度亦提高。 水容易滲人黏著層13，滲人之水會形成電氣不良之原 因。在習知之半導體發光裝置，無透濕性之無機成形體合 形成障礙’使得黏著層中之水難以放出於外部。但，由於 黏合劑層12b貫穿波長轉換體12，因此，黏著層13中之水 可通過黏合制12b而放出於外部。藉此，亦可提高半導 體發光裝置1 0之可靠性。 半導體發光裝置Π)之製造方法並無特別限定，只要於 固態發光元件11上，塗布黏著物質後，配置波長轉換體12, 然後將固態發光元件u與波長轉換體12接合即可。 其次，根據圖2〜9, $明本實施形態之波長轉換體 12之具體例。在圖2〜圖9中’與圖！功能上相同部分附 上相符號’並省略其重複說明。 在圖1所不之本實施形態之半導體發光裝置，雖黏合 劑層12b係相對主光取出面Ua配置於垂直方向且貫穿波 長轉換體12，但亦考慮到其具體例或變形例。首先，說明 201114072 將波長轉換層12a以黏合劑層12b分割之例。圖2A〜F係 表示本實施形態之波長轉換體之具體例之俯視圖，例示從 波長轉換體12之上面側觀察圖1所示之半導體發光元件 1 〇 ’藉黏合劑層所致之波長轉換體之分割圖案。在圖2 A〜 F ’以黏合劑層12b將波長轉換體12分割成複數個波長轉 換層12a。圖2A係分割成長方形之例，圖2B係分割成四 角形之例，圖2C亦分割成四角形之例，圖2D係分割成多 角形（六角形）之例，圖2E係分割成圓形之例，圖2F係分割 成二角形之例。圖2 A〜F之波長轉換體1 2 ’例如，可將蝥 光體材料燒結形成各形狀之螢光體成形體後，將各形狀之 螢光體成形體以黏合劑接合形成。 如上述，當波長轉換層12a以以黏合劑層12b分割時， 就算在分割後之各波長轉換層12a發生色分離，將來自波長 轉換層12a之放射光混色，而可抑制波長轉換體12整體之 色分離。 又’圖3A〜D係表示本實施形態之波長轉換體之另— 具體例之俯視圖’例示從波長轉換體1 2之上面側觀察圖1 所示之半導體發光元件1 〇，藉黏合劑層所致之波長轉換體 之分割圖案之變形例。圖3 A〜D之波長轉換體1 2，例如， 可將螢光體材料燒結形成螢光體成形體後，使用雷射切割 機（laser dicer)反覆於同一線上進行雷射照射，藉此切斷螢 光體成形體，將切斷後之各螢光體成形體以黏合劑接合形 成。 其次，說明波長轉換層12a未被黏合劑層1 2b分割之 201114072 例。圖4A〜E係表示本實施形態之波長轉換體之另一具體 例之俯視圖，例示從波長轉換體12之上面側觀察圖】所示 之半導體發光元件1〇，其黏合劑層之形成圖案。在圖4a〜 E，波長轉換體12，並未以黏合劑層12b完全分割，而是連 續性連結。圖4A〜E之波長轉換體12，例如，可將螢光體 材料燒結形成螢光體成形體後，使用雷射切割機僅反覆於 欲切斷之線分進行雷射照射，藉此於螢光體成形體之一部 分形成切斷部’於該切斷部充填黏合劑而形成。 又，圖5A、B係表示本實施形態之波長轉換體之另一 具體例之俯視圖，例示從波長轉換體12之上面側觀察圆ι 所示之半導體發光元件1〇，將黏合劑充填於貫穿孔而形成 黏合劑層12b之具體例。在圖5 a形成圓柱狀之貫穿孔，在 圖5B形成四角柱狀之貫穿孔。圖5A及圖5B之波長轉換體 U，例如，可將螢光體材料燒結形成螢光體成形體後，使 用雷射切割機，藉由控制雷射照射與移動軸速度以進行渦 狀加工，於同一部位反覆進行上述加工，藉此於螢光體成 形體形成貫穿孔，於該貫穿孔充填黏合劑而形成。 又’圖6A係表示本實施形態之波長轉換體之變形例之 俯視圖’圖6B係圖6A之截面圖。在圖6B，黏合劑層12b 之戴面形成朝上方寬度變小之楔形。 圓7A係表示本實施形態之波長轉換體之另一變形例之 俯視圖，圖7B係圖7A之截面圖。在圖7B，黏合劑層12b 之截面形成朝上方寬度變大之楔形。 圖8 A係表示本實施形態之波長轉換體之另一變形例之 12 201114072 俯視圖，圊8B係圖8A之截面圖。在s ST5 仕圖’黏合劑層12b 之截面形成傾斜狀。 圖9A係表示本實施形態之波長II $ ^ g 柙？吳媸之另一變形例之 俯視圖，圖9B係圖9A之截面圖。在圖 仕圃’黏合劑層12b 之截面形成中央部變窄之形狀。 圖6A、B及圖7A、B之波長轉換 竹俠锻，例如，可將螢光 體材料燒結形成螢光體成形體後， 1之用刀片切割機（blade dicer) ’利用形成於刀片前端之楔形 00 〜月形成螢光體成形體之 早片’各單片之螢光體成形體以黏合劑 σ則接合形成。圖8A及 圖8Β之波長轉換體，可如圖7Α及圖舯+似 圃7B般切斷螢光體成形 體形成單片後’將各單片之螢光體 東兀* Μ攻形體加以隨機（random)

組合並以黏合劑接合形成，圖9a及圖qR 及圖9B之波長轉換體， 可如圖7A及圖7B般從螢光體成形體之單面至一半為止加 以切斷後’亦從相反面以相同方式 巧加以切斷形成單片，將 各早片之螢光體成形體以黏合劑接合形成。 (實施形態2) 係表示本發明之半導體發㈣置之另—例之示意 載面：。圖10中’半導體發光裝置2〇,具備固態發光元件 21、及將固態發光元件21射出之 “ 射出之—次光轉換成更長波長之 丸之波長轉換體22。又，波長棘拖_ 、體22具備由含螢光體之 光‘.，、機成形體形成之波長韓 22h ^ ，反長轉換層22a、及黏合劑層 22b。波長轉換體22隔著 23 ^ ^ ^ m ^ 丨生黏著物質構成之黏著層 2“合配置於固態發光元◎ 麻70取出面21a上。黏合 劑層22b’作為從主光取出面21& 对出之光之放射方向之一 13 201114072 例係相對主光取出面2丨a配置於垂直方向。 本實施形態與前述實施形態丨之主要相異點在於，黏 合劑層22b並未貫穿波長轉換體22，其他部分則與實施形 態1同樣，因此，省略與實施形態丨重複部分之說明。又， 本實施形態之各波長轉換體，例如，可將螢光體材料燒結 形成螢光體成形體後，藉由使用雷射切割機控制到達既定 深度為止之雷射照射之往返次數，於螢光體成形體形成槽 部’於該槽部充填黏合劑而形成。 又，圖ΠA係表示本實施形態之波長轉換體之具體例 之俯視圖，® 11B係圖11A之截面圊。在圖1ΐβ，黏合劑 層22b朝上方形成開口之槽狀。 又’圖12A係表示本實施形態之波長轉換體之另一具 體例之俯視圖，圖12B係圖12A之截面圖。在圖i2B，黏 合劑層22b分別朝上方或下方形成開口之圓筒狀。 (實施形態3) 圖13係表示本發明之半導體發光裝置之另一例之立體 圖。圖13中，半導體發光裝置3〇，具備固態發光元件3 j、 及將固態發光兀件3 1射出之一次光轉換成更長波長之光之 波長轉換體32。又，波長轉換體32具備：由含螢光體之透 光性無機成形體形成之波長轉換層32a、及黏合劑層32b。 波長轉換體32隔著以透光性黏著物質構成之黏著層33密 。配置於固態發光元件3丨之主光取出面上。黏合劑層32b， 係相對主光取出面配置於垂直方向。又固態發光元件3 j 具備供電電極34 ’波長轉換體32避開供電電極34而配置 14 201114072 於上述主光取出面上。 在本實施形態之半導體發光裝置30,由於在形成各種 大小之波長轉換層32a後，在避開供電電極34之位置，隔 著黏著層33配置波長轉換層32a，因此，可增加波長轉換 體32之配置形式之自由度。相對於此，若考慮到從最初即 字波長轉換層體形成之情形，則可預想到為避開供電電 極34而必須將波長轉換體加工成多角形，使得波長轉換體 之製程變得複雜，但，本發明並無上述問題。 (實施形態4) 圖14A係表示本實施形態之固態發光元件41之俯視 圖’在固態發光元件41之主光取出面，於發光面41b形成 η型配線41a。圖14B係在固態發光元件41之發光面41b 上配置有各波長轉換層42之本實施形態之半導體發光裝置 40之俯視圖。各波長轉換層42形成區塊（bl〇ck)狀，隔著黏 合劑層（未圖示）分別一體接合。 在本實施形態之半導體發光裝置4〇,由於可在形成各 種大小之波長轉換層42後，於所要求之位置隔著黏著層（未 圖不）配置波長轉換層42，因此，可增加波長轉換體之配置 形式之自由度。即，在本實施形態，可避開無法取出光之η 型配線41 a之部分而配置波長轉換層42。 本發明’在未脫離其主旨之範圍，就算是上述以外之 形態亦可實施。揭示於本案之實施形態僅係舉例說明，故 並不限於此。本發明之範圍，相較於上述說明書之記載， 應優先解釋所附之申請專利範圍之記載，在與申請專利範 15 201114072 圍均等之範圍内之所有變更，皆包含於申請專利範圍β 根據本發明，可提供使用高可靠性之陶瓷系成形體之 半導體發光裝置及使用其之光源裝置。 【圖式簡單說明】 圖1係表示實施形態1之半導體發光裝置之示意截面 圖。 圖2Α〜F係表示實施形態1之波長轉換體之具體例之 俯視圖。 圖3 Α〜D係表示實施形態1之波長轉換體之另一具體 例之俯視圖。 圖4 A〜E係表示實施形態1之波長轉換體之另一具體 例之俯視圖。 圖5 A、B係表示實施形態1之波長轉換體之另一具體 例之俯視圖。 圖6A係表示實施形態1之波長轉換體之變形例之俯視 圖，圖6B係圖6A之截面圖。 圖7 A係表示實施形態1之波長轉換體之另一變形例之 俯視圖，圖7B係圖7A之截面圖。 圖8A係表示實施形態1之波長轉換體之另一變形例之 俯視圖，圖8B係圖8A之截面圖。 圖9A係表示實施形態1之波長轉換體之另一變形例之 俯視圖，圖9B係圖9A之截面圖。 圖10係表示實施形態2之半導體發光裝置之示意截面 201114072 圖。 圖11A係表示實施形態2之波長轉換體之具體例之俯 視圖，圖11B係圖1 1A之截面圖。 圖1 2 A係表示實施形態2之波長轉換體之另一具體例 之俯視圖，圖12B係圖12A之截面圖。 圖13係表示實施形態3之半導體發光裝置之立體圖。 圖14A係表示實施形態4之固態發光元件之俯視圖， 圖14B係實施形態4之半導體發光裝置之俯視圖。 【主要元件符號說明】 ' 20、30、40 半導體發光裝置 11、 2 1、3 1、4 1 固態發光元件 12、 22、32 波長轉換體 13、 23、33 黏著層 17

Claims (1)

1. 201114072 七、申請專利範圍： 種半導體發光裝置’包含固態發光元件、及將該固 1、發光7L件射出之一次光轉換成更長波長之光之波長轉換 體，其特徵在於： 該波長轉換體包含由含螢光體之透光性無機成形體形 成之波長轉換層、及黏合劑層； 。亥波長轉換體配置於該固態發光元件之主光取出面 上； h黏0劑層沿著由該主光取出面射出之光之放射方向 配置。 2·如申請專利範圍第i項之半導體發光裝置，其中，該 黏合劑層係相對該主光取出面配置於垂直方向。 3·如申凊專利範圍第丨項之半導體發光裝置，其中，該 黏合劑層貫穿該波長轉換體。 4.如申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，其中，該 波長轉換體隔著透光性之黏著層密合配置於該固態發光元 件之主光取出面上。 5·如申清專利範圍第i項之半導體發光裝置，其中，該 固〜、發光元件於該主光取出面側具備供電電極，該波長轉 換體係避開該供t電極酉己置於言亥主光取出面上。 6_如申請專利範圍第i項之半導體發光裝置，其中，該 固心發光兀件包含n型配線，該波長轉換體避開該η型配 線配置於該主光取出面上。 7.如申請專利範圍第4項之半導體發光裝置，其中，該 18 201114072 黏著層係以與該黏合劑層相同材質構成。 8. 如申請專利範圍第丨項之半導體發光裝置，其中，該 黏合劑層’具有能將該固態發光元件射出之一次光中至少 通過該黏口劑層内部之光、與該波長轉換體射出之光之一 部分，利用光散射而加以混光之功能。 9. 如申請專利範圍第8項之半導體發光裝置’其中，該 黏。劑層，包含至少—種選自由Y2〇3、Al2〇3、Si〇2、Zr〇2、 玻璃珠及氣泡所構成之群中具有光散射功能或遮光功能之 材料。 1〇.如申凊專利範圍帛1項之半導體發光裝置，其中， 該黏合劑層，㈣能將該固態發光元件射出之一次光中、 渗入該黏合劑層内部> | Μ增^ °丨之先之至少一部分加以遮光之功能。 11. 如申清專利範圍第1〇項之半導體發光裝置，其中， "玄黏〇劑層，包含至少一種選自由丫2〇3、Al2〇3、Si〇2、 02玻璃珠及氣泡所構成之群中具有光散射功能或遮光 功能之材料。 12. 如申凊專利範圍帛1項之半導體發光裝置，其中， 該黏合劑層含螢光體。 13. 如申請專利範圍第12項之半導體發光裝置，其中， 該登光體係進行紅色發光。 •種光源I置’其特徵在於：包含申請專利範圍第 1項之半導體發光裝置。 19