特許 7580206 半導体発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】半導体発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/56 20100101AFI20241101BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20241101BHJP

   H01L 33/54 20100101ALI20241101BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20241101BHJP

【ＦＩ】

H01L33/56

H01L33/58

H01L33/54

H01L33/50

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020090683

(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公開番号】P2021190437

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-04-13

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 裕介

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０２６７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３３９５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６２８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１６０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４８７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２９６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５８０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１０３３３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３２９１８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－００３１３９３（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／５６ － ３３／６４

Ｃ０８Ｋ ３／００ － １３／０８

Ｃ０８Ｌ １／００ － １０１／１４

Ｇ０２Ｂ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面に凹部を有する基板と、
前記凹部の底面に配置された発光素子と、
前記発光素子上に設けられ、前記発光素子が放射する放射光に対して透光性を有する透光部材と、
樹脂材を母材とし、前記母材中に光散乱性を有する散乱粒子及び透光性樹脂からなる粒子である浮遊粒子が分散されており、前記発光素子及び前記透光部材の側面を覆うように前記凹部内に設けられた被覆部材と、を有し、
前記散乱粒子は、金属酸化物からなる粒子であり、
前記浮遊粒子は、熱硬化された熱硬化性又は光硬化された光硬化性の樹脂粒子であり、
前記浮遊粒子の粒径は、前記散乱粒子の粒径の１／２倍以上４倍以下であり、
前記浮遊粒子の比重は、前記母材の比重の０．９倍～１．１倍であり、
前記母材は、硬化時の最小粘度が０．５～１０Ｐａ・ｓであるという物性を有することを特徴とする半導体発光装置。

【請求項2】

上面に凹部を有する基板と、
前記凹部の底面に配置された発光素子と、
前記発光素子上に設けられ、前記発光素子が放射する放射光に対して透光性を有する透光部材と、
樹脂材を母材とし、前記母材中に光散乱性を有する散乱粒子及び透光性樹脂からなる粒子である浮遊粒子が分散されており、前記発光素子及び前記透光部材の側面を覆うように前記凹部内に設けられた被覆部材と、を有し、
前記散乱粒子は、金属酸化物からなる粒子であり、
前記浮遊粒子は、熱硬化された熱硬化性又は光硬化された光硬化性の樹脂粒子であり、
前記浮遊粒子の粒径は、前記散乱粒子の粒径の１／２倍以上４倍以下であり、
前記母材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、及びポリイミド樹脂のうちの少なくとも１つを含み、
前記浮遊粒子は、前記母材と同一又は同種の樹脂からなることを特徴とする半導体発光装置。

【請求項3】

前記透光部材の上面は前記被覆部材から露出し、
前記被覆部材は、前記透光部材の側面全体を被覆し、
前記被覆部材の上面は、前記透光部材の側面近傍の領域において、前記透光部材の上面との境界部から離れるにつれて下方に向かうように傾いている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。

【請求項4】

前記被覆部材は、前記発光素子からの光を遮光する遮光部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

【請求項5】

前記透光部材は蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

【請求項6】

前記発光素子と前記透光部材との間に設けられて前記発光素子と前記透光部材とを接着する接着部材をさらに有し、
前記透光部材又は前記接着部材の少なくとも一方に蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体発光素子の出射面上に透光性の部材を配置し、当該半導体発光素子及び透光性の部材の側面を光反射性の部材で被覆した半導体発光装置が知られている（例えば特許文献１など）。当該光反射性の部材として、透光性の樹脂中に光散乱性の粒子を分散させたいわゆる白樹脂と呼ばれる部材を形成することが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５７４６３３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記したような半導体発光装置において、光取り出し効率が高いことに加えて、光を出射させる領域とそれ以外の領域との間で高いコントラストが得られることが期待される。

【0005】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、光の取り出し効率が高く、コントラストが高い半導体発光装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上面に凹部を有する基板と、前記凹部の底面に配置された発光素子と、前記発光素子上に設けられ、前記発光素子が放射する放射光に対して透光性を有する透光部材と、樹脂を媒質とし、前記媒質中に光散乱性を有する散乱粒子及び樹脂からなる粒子である浮遊粒子が包含されており、前記発光素子及び前記透光部材の側面を覆うように前記凹部内に設けられた被覆部材と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例に係る半導体発光装置の上面図である。

【図2】実施例に係る半導体発光装置の断面図である。

【図3】図２の一部を拡大して示す模式図である。

【図4】製造工程における散乱粒子の動きを模式的に示す図である。

【図5】実施例に係る半導体発光装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。

【図6】比較例に係る図３に相当する部分の模式図である。

【図7】実施例に係る半導体発光装置の輝度分布の一例を示すグラフである。

【図8】比較例に係る半導体発光装置の輝度分布の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下においては、本発明の好適な実施例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。

【実施例】

【0009】

図１～図３を参照しつつ、本発明の実施例に係る半導体発光装置１０の構成について説明する。図１は、本発明の実施例に係る半導体発光装置１０を模式的に示す上面図である。図２は、図１に示した半導体発光装置１０を２－２線で切断した面を模式的に示す断面図である。図３は、図２の点線で囲んだＡ部の拡大図である。

【0010】

［発光装置］
図１及び図２に示すように、本実施例に係る半導体発光装置１０（以降、発光装置１０とも称する）は、凹部１１Ｃを有する基板１１と、基板１１の凹部１１Ｃの底面１１Ｓに載置された半導体発光素子１３（以降、発光素子１３とも称する）と、発光素子１３の上方に載置された透光部材２５と、発光素子１３の上面と透光部材２５の下面とを接着する接着部材３７と、基板１１の底面１１Ｓと発光素子１３及び透光部材２５の側面とを被覆する被覆部材２７を含んで構成されている。

【0011】

［基板１１］
基板１１は、上面視において矩形状であり、上面に開口した凹部１１Ｃを有する。凹部１１Ｃは、平坦な底面１１Ｓ及びその外周部を囲む枠部１１Ｗによって画定されている。基板１１の凹部１１Ｃの底面１１Ｓには、アノード配線２１とカソード配線２９とが設けられており、発光素子１３を実装できるように構成されている。また底面１１Ｓと反対側の面には、アノード実装電極３３とカソード実装電極３１が設けられており、発光装置１０を回路基板に実装できる構成となっている。すなわち、基板１１は発光素子１３の実装面である底面１１Ｓを含む基板基部１１Ａと枠部１１Ｗからなる。

【0012】

本実施例において、基板１１の底面１１Ｓを形成している基板基部１１Ａと枠部１１Ｗを形成している部分は一体的に形成されている。すなわち、基板１１は１の部材からなっている。例えば、基板１１はアルミナ、窒化アルミ、窒化珪素等から成るセラミック製である。なお、基板１１の底面１１Ｓを含む基板基部１１Ａと枠部１１Ｗは、別々の部材を接合して構成されていてもよい。例えば、基板１１は、セラミック製の平板形状の基板基部１１Ａと、樹脂製又はセラミック製の枠部１１Ｗが接合されて形成されていてもよい。

【0013】

底面１１Ｓ上に設けられたカソード配線２９とアノード配線２１は、金属製の配線電極パターンである。同様に、底面１１Ｓの反対側の面に設けられたカソード実装電極３１とアノード実装電極３３も金属製の電極パターンである。そして、カソード実装電極３１は導通ビア３１Ｈを介してカソード配線２９に電気的に接続され、アノード実装電極３３は導通ビア３３Ｈを介してアノード配線２１に電気的に接続されている。

【0014】

例えば、アノード配線２１、カソード配線２９、カソード実装電極３１及びアノード実装電極３３は銀合金であり、表面にニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）のメッキが施されている。また導通ビア３１Ｈ、３３Ｈも銀合金である。

【0015】

［半導体発光素子］
半導体発光素子１３は、例えば導電性の支持基板１５と、支持基板１５上に接合されたｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層からなる半導体積層体１７とからなる。さらに、発光素子１３は、支持基板１５の半導体積層体１７が接合された面と同一面に設けられたアノード素子電極１９が設けられ、支持基板１５の半導体積層体１７が接合された面と反対側の面にカソード素子電極（図示せず）が設けられている。

【0016】

具体的には、アノード素子電極１９は、支持基板１５上に絶縁層を介して設けられ、ｐ側接合部材（図示せず）を介して、半導体積層体１７のｐ型半導体層に設けられたｐ側電極（図示せず）に接続されている。すなわち、アノード素子電極１９は、半導体積層体１７のｐ型半導体層に電気的に接合され且つ支持基板１５から絶縁されている。

【0017】

カソード素子電極（図示せず）は、支持基板１５の半導体積層体１７が接合された面とは反対側の面、すなわち支持基板１５の裏面（発光素子１３の下面）に設けられた電極である。当該カソード素子電極は、支持基板１５とｎ側接合部材（図示せず）を介してｎ型半導体層に設けられたｎ側電極に接続されている。すなわち、カソード素子電極は、半導体積層体１７のｎ型半導体層に電気的に接続されている。

【0018】

本実施例においては、支持基板１５が導電性のシリコン（Ｓｉ）であり、半導体積層体１７に窒化インジウムガリウム系（ＩｎＧａＮ系）の発光層を含み、ピーク波長（λｐ）４３０～４６０ｎｍの光を放射する発光素子１３を例にして説明する。

【0019】

本実施例において発光素子１３は、支持基板１５の下面に設けられているカソード素子電極と、基板１１の凹部１１Ｃの底面１１Ｓに設けられたカソード配線２９とが接合部材３５を介して電気的に接続されている。また、支持基板１５の上面に設けられたアノード素子電極１９と、基板１１の凹部１１Ｃの底面１１Ｓに設けられたアノード配線２１とが、ボンディングワイヤ２３を介して電気的に接続されている。

【0020】

［透光部材］
透光部材２５は、発光素子１３の上方に配置され、上面視において半導体積層体１７の輪郭（発光素子１３の発光面）とほぼ重なる大きさの板状体である。また、透光部材２５のサイズは、上面視において半導体積層体１７の輪郭と同サイズ以上、発光素子１３の輪郭と同サイズ以下が好ましい。本実施例の透光部材２５は、上面視において発光素子１３からアノード素子電極１９を除くサイズとしている。

【0021】

透光部材２５は、発光素子１３から放射される光や、後述の波長変換材から放射される光に対して透光性を有する。透光部材２５としてガラス、アルミナやイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などの透光性セラミック、及びシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの透光性の樹脂を用いることができる。なお、本実施例の透光部材２５にはガラスを用いている。

【0022】

透光部材２５には、発光素子１３からの放射光を吸収して、より長波長の光を発する蛍光体等の波長変換材を含んでいてもよい。例えば、波長変換材として、イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶（ＹＡＧ：Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）にセリウム（Ｃｅ）賦活剤を含んだＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粒子、αサイアロンやβサイアロンにユーロピウム（Ｅｕ）賦活材を含んだ蛍光体粒子、金属窒化物や金属硫化物のナノ粒子などを用いることができる。

【0023】

本実施例において、透光部材２５は、上面２５Ｔの反対側の面（下面）が、接着部材３７によって、発光素子１３の上面と接着されている。

【0024】

［接着部材］
接着部材３７は、発光素子１３から放射される光や、波長変換材から放射される光に対して透光性を有し、発光素子１３の上面（出射面）と透光部材２５の下面（入射面）を接着する。そして、発光素子１３の上面から出射された光を透光部材２５の下面へ導く機能を有する。

【0025】

接着部材３７は、発光素子１３の面上において（より詳細には支持基板１５の上面において）半導体積層体１７、及びアノード素子電極１９の一部または全てを埋設する。例えば、接着部材３７は、透光部材２５の下面を画定する辺と、支持基板１５の上面を画定する辺とを結ぶ側面を有することが好ましい。また、アノード素子電極１９とボンディングワイヤ２３との接続部が、接着部材３７によって覆われていることが好ましい。接着部材３７をこのように設けることによって、劣化し易い半導体積層体１７を封止し、アノード素子電極１９に接続されたボンディングワイヤ２３の接続部を固着してワイヤ外れを防止できるからである。

【0026】

なお、接着部材３７が支持基板１５の側面を覆ってしまうと半導体積層体１７から放射された光が、支持基板１５に吸収されるので好ましくない。

【0027】

接着部材３７には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂を用いることができる。また、シリカポリマー、アルミナ・シリカジオポリマーを含む無機ポリマーを用いることもできる。本実施例では、接着部材３７としてシリコーン樹脂を用いた。

【0028】

また、接着部材３７には、前述した発光素子１３からの放射光を吸収して蛍光を発する蛍光体などの波長変換材を含んでいてもよい。なお、波長変換材は、透光部材２５又は接着部材３７の少なくとも一方に含まれていればよい。本実施例においては、接着部材３７に波長変換材としてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粒子を含んでいる。

【0029】

［被覆部材］
被覆部材２７は、基板１１の凹部１１Ｃの底面１１Ｓと、発光素子１３の支持基板１５と接着部材３７と透光部材２５の側面及びボンディングワイヤ２３を覆い、透光部材２５の上面２５Ｔを露出するように基板１１の凹部１１Ｃに充填されている。

【0030】

被覆部材２７は、発光素子１３を封止するとともに発光素子１３から放射された光や、波長変換材から放射された光を反射する機能を有する。

【0031】

本実施例の被覆部材２７は、発光素子１３から放射される光や、波長変換材から放射される光に対して透光性を有する樹脂から成る媒質３９と、媒質３９と異なる屈折率を有して媒質３９中を導波する光を散乱（Ｍｉｅ散乱）する（すなわち、光散乱性を有する）散乱粒子４１を含有し、被覆部材２７全体として光反射性を備えた部材となっている。さらに、被覆部材２７は、媒質３９と略同等な比重からなる浮遊粒子４３を含んでいる。そして、散乱粒子４１と浮遊粒子４３は、図３に示すように、被覆部材２７の媒質３９中において、所定の濃度で均一に分散されている。

【0032】

例えば、本実施例の被覆部材２７は、媒質３９となる硬化前の流動性を有する樹脂材料（以降、「硬化前の流動性を有する樹脂材料」を「前駆体樹脂材料」とも言う）に、散乱粒子４１と浮遊粒子４３を均一に分散させた後に硬化させることで形成できる。詳細は後述するが、浮遊粒子４３は、被覆部材２７を形成する過程において、媒質３９の前駆体樹脂材料中に分散された散乱粒子４１の沈降を防止する働きを有する。

【0033】

このように、浮遊粒子４３を分散した被覆部材２７は、散乱粒子４１が均一に分散されている状態を維持するので、発光素子１３の光出射面（半導体積層体１７の上面）から出射されて透光部材２５に入射した光のうち、透光部材２５の側面から被覆部材２７へ入射する光を、均一に反射して透光部材２５へ戻すことができる。

【0034】

よって、発光素子１３の光出射面から出射し透光部材２５へ入射して上面２５Ｔから出射する直接光と、透光部材２５の側面を覆う被覆部材２７で反射されて上面２５Ｔから出射する間接光が合わさり、透光部材２５の上面２５Ｔから出射する光の光出力を高くすることができる。また透光部材２５の上面２５Ｔの周囲部分（例えば、被覆部材２７の上面２７Ｔ）に対して高いコントラストが得られる。

【0035】

被覆部材２７の媒質３９としては、例えば、シリコーン樹脂(比重０．９９）、エポキシ樹脂(比重１．１１～１．４０)、アクリル樹脂(比重１．１７～１．２０)、ポリカーボネイト樹脂（比重１．１～１．６）、ポリイミド樹脂（比重１．３３～１．４３）等の熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を用いることができる。散乱粒子４１としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化物の粒子を用いることができる。浮遊粒子４３としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリイミド樹脂等の硬化済みの樹脂粒子を用いることができる（媒質３９の硬化温度において液化しない樹脂の粒子を用いることができる）。

【0036】

本実施例においては、被覆部材２７の媒質３９として、比重０．９９、屈折率１．４１であって、発光素子１３の青色光（波長４３０ｎｍ～４６０ｎｍ）に対して黄変等を起こさない耐光性のあるシリコーン樹脂を用いた。

【0037】

また、散乱粒子４１として、比重４．０、屈折率２．５２、粒径２５０ｎｍである球状のアナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子を用いた。例えば、波長４３０ｎｍの光は媒質３９中において３０５ｎｍ（媒質中の波長＝真空中の波長／媒質の屈折率：４３０ｎｍ／１．４１）であり、散乱粒子の粒径は波長の０．８２倍（２５０ｎｍ／３０５ｎｍ）となる。また、波長７８０ｎｍの光は媒質３９中において５５３ｎｍ（７８０ｎｍ／１．４１）であり、散乱粒子の粒径は波長の０．４５倍（２５０ｎｍ／５５３ｎｍ）となる。このように、散乱粒子４１の粒径が媒質３９中の波長の１／４～２倍の領域においては、Ｍｉｅ散乱領域であり、高い反射率が得られる。

【0038】

また、散乱粒子４１の添加量は２５ｗｔ％（重量パーセント濃度）とした。添加量は８ｗｔ％～４０ｗｔ％とできるが、８ｗｔ％より小さいと反射率が低く、また４０ｗｔ％超では被覆部材２７に樹脂割れを起こすことがあるので好ましくない。

【0039】

また、浮遊粒子４３として、比重０．９９、屈折率１．４１、粒径８００ｎｍである球状の硬化済みシリコーン樹脂を用いた。浮遊粒子４３の添加量は２ｗｔ％とした。浮遊粒子４３の添加量は１ｗｔ％～６ｗｔ％が好ましいが、１ｗｔ％より小さいと散乱粒子４１の沈降を防止する効果が弱く、また６ｗｔ％超では沈降を防止する効果が飽和する。浮遊粒子４３を、６ｗｔ％を超えて添加しても良いが、硬化前の被覆部材２７の液体量の減少による流動阻害が起きない程度の添加量に留めておくことが望ましい。例えば、浮遊粒子４３の添加量は、１８ｗｔ％以下が好ましい。尚、硬化前の被覆部材２７の流動阻害を考慮するならば、浮遊粒子４３の添加量は散乱粒子４１の添加量より少ないことが好ましい（浮遊粒子４３の添加量＜散乱粒子４１の添加量）。

【0040】

次に、図２及び図３に示すように被覆部材２７の上面２７Ｔは、発光装置１０の断面視において、透光部材２５の上面２５Ｔよりも低くなっている。このような被覆部材２７の形状は、媒質３９の前駆体樹脂材料が硬化の際に若干収縮することで起きる。しかしながら、浮遊粒子４３は予め硬化された樹脂粒子なので硬化における収縮を起こさない。よって、被覆部材２７の上面２７Ｔが低くなることを抑制できる。特に、透光部材２５の上面２５Ｔの周囲と被覆部材２７の上面２７Ｔの境界部のスロープを緩やかにできる。

【0041】

例えば、境界部のスロープが急峻な場合、透光部材２５の上面２５Ｔ付近の側面を覆う被覆部材２７が薄くなりコントラストを低下させる。浮遊粒子４３の添加は、境界部のスロープを緩やかにするのでコントラストの低下を防止することができる。

【0042】

［浮遊粒子の機能］
次に、浮遊粒子４３の機能について説明する。被覆部材２７に添加する浮遊粒子４３は、製造時において媒質３９となる前駆体樹脂材料が硬化されるまでの間、散乱粒子４１の沈降を防止する。換言すれば、媒質３９中に散乱粒子４１を均一に分散された状態を維持する機能を有する。

【0043】

図４は、後述する発光装置１０の製造工程における散乱粒子４１と浮遊粒子４３の動きを模式的に示す図である。具体的には、被覆部材２７を形成する際に、媒質３９となる前駆体樹脂材料が硬化されるまでの散乱粒子４１と浮遊粒子４３の動きについて示している。

【0044】

図４に示す散乱粒子４１に付した一点鎖線の矢印は、散乱粒子４１の沈降する様子を示している。また、浮遊粒子４３に付した破線の矢印は、散乱粒子４１が浮遊粒子４３の横を通過する前から通過中の浮遊粒子４３の動きを示している。また、浮遊粒子４３に付した実線の矢印は、散乱粒子４１が浮遊粒子４３の横を通過中から通過後の浮遊粒子の動きを示している。

【0045】

本実施例において散乱粒子４１としての酸化チタン粒子の比重は４．００で、媒質３９としてのシリコーン樹脂の比重０．９９より約４倍大きい。また媒質３９となる前駆体樹脂材料であるシリコーン樹脂は、加熱硬化の際に、硬化以前の昇温過程において流動性が高くなる（粘度が低下する）。そのため、前駆体樹脂材料であるシリコーン樹脂中の散乱粒子４１は、上面２７Ｔから基板１１の底面１１Ｓ方向（図４中、上方から下方）へ沈降しようとする。

【0046】

一方、浮遊粒子４３は、媒質３９となる前駆体樹脂材料であるシリコーン樹脂と同じ樹脂を硬化した粒子なので比重が同じである。従って浮遊粒子４３は、媒質３９となる前駆体樹脂材料であるシリコーン樹脂の流動性が高い状態であっても沈降も浮上もしない。換言すれば、シリコーン樹脂中において浮遊している。

【0047】

まず図４に示すように、散乱粒子４１が沈降するには媒質３９となるシリコーン樹脂を押しのける必要がある。このとき、散乱粒子４１の周囲においてシリコーン樹脂の流動をともなう。シリコーン樹脂の流動速度は散乱粒子４１の近傍で速く、遠方で遅い。このような流動体の中において、固体の浮遊粒子４３は速度差のあるシリコーン樹脂の流動を妨げる。その結果、散乱粒子４１の沈降抵抗が大きくなり、散乱粒子４１の沈降が抑制される。

【0048】

次に、浮遊粒子４３は、図４中の破線の矢印で示すように、散乱粒子４１によってシリコーン樹脂が押しのけられる際に横方向に移動する。例えば、回転しつつ横方向に移動することも考えられる。換言すれば、散乱粒子４１が下方に向かって進むためにはシリコーン樹脂を押しのけつつ浮遊粒子４３を移動させることが必要となる。この場合においても、固体の浮遊粒子４３は速度差のあるシリコーン樹脂の流動を妨げる（速度差のある流れを妨げることで浮遊粒子は回転する）。その結果、散乱粒子４１の沈降抵抗が大きくなり、散乱粒子４１の沈降が抑制される。

【0049】

また、散乱粒子４１が下方へ移動することで生じるスペースはシリコーン樹脂に置き換わる。この場合においても、前述と同様に、固体の浮遊粒子４３は速度差のあるシリコーン樹脂の流動を妨げる。その結果、散乱粒子４１の沈降抵抗が大きくなり、散乱粒子４１の沈降が抑制される。

【0050】

このように、媒質３９となる前駆体樹脂材料のシリコーン樹脂中に、散乱粒子４１とともに浮遊粒子４３を添加すると、散乱粒子４１の沈降抵抗を大きくでき、散乱粒子４１の沈降を抑制できる。

【0051】

換言すれば、媒質３９となる前駆体樹脂材料のシリコーン樹脂中で固体粒状体であるとともに、沈降も浮上もしない浮遊粒子４３は、シリコーン樹脂の流れを妨げ、散乱粒子４１の沈降を抑制する。

【0052】

一方、浮遊粒子４３が、媒質３９となる前駆体樹脂材料中で沈降する場合、散乱粒子４１は沈降する。また浮遊粒子４３が、媒質３９となる前駆体樹脂材料中で浮上する場合、散乱粒子４１の沈降を助長する。しかるに、浮遊粒子４３は媒質３９となる前駆体樹脂材料のシリコーン樹脂中で浮遊していることが望ましい。

【0053】

本方法によれば、媒質３９となるシリコーン樹脂の化学的特性を変えることがなく、被覆部材２７としての封止性能や密着性を損なうことがない。

【0054】

例えば、散乱粒子４１の沈降を防止する方法として、媒質３９に、水素結合や反応により無機ポリマーとなるシリカやアルミナ、又はゲル化剤や界面活性剤を加えて、増粘性やチクソトロピー性を付与させる方法がある。しかし、これらの方法は、被覆部材２７の充填性、封止性能や密着性を損なうことがある。

【0055】

浮遊粒子４３が、媒質３９となる前駆体樹脂材料中で浮遊して散乱粒子４１の沈降を防止できる比重の範囲は、媒質３９がシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂材料においては比較的広い。

【0056】

浮遊粒子４３による散乱粒子４１の沈降を抑制する時間は、被覆部材２７を発光装置１０の凹部１１Ｃに充填してから硬化するまでの約３０分から２時間程度でよい。また、被覆部材２７の媒質３９であるシリコーン樹脂やエポキシ樹脂の比重は０．９～１．３程度と小さく（密度が低い）、対して、硬化前の粘度は０．５～１０Ｐａ・ｓ（例えば、水の粘度は１ｍＰａ・ｓである）と比較的大きい。そのため、媒質３９に対する浮遊粒子４３の比重（浮遊粒子の密度／媒質の密度、又は、浮遊粒子の比重／媒質の比重）である相対比重が０．７以上１．３以下の範囲でよい。また、相対比重が０．９～１．１ならば、前述の硬化までの時間において、浮遊粒子４３は実質的に沈降も浮上もしない（例えば、浮遊粒子の粒径程度の移動）ので更に好ましい。相対比重が約１ならば好適である。

【0057】

本明細書において、媒質３９及び浮遊粒子４３に用いる樹脂は、その樹脂を構成する主骨格（樹脂の種別を決定する分子骨格）、及び置換基（同一樹脂種別において特性を変化させる基）が同じである場合を同一の樹脂と称し、主骨格が同じで置換基が異なる場合を同種の樹脂と称する。

【0058】

本発明においては、媒質３９と浮遊粒子４３が同種の樹脂であることが好ましく、好適には同一の樹脂であることが良い。例えば、同一又は同種の樹脂である場合、浮遊粒子４３が媒質３９中で凝集せずに分散するからである。また、硬化後は媒質３９と同化するので浮遊粒子４３の添加による被覆部材２７の特性変化が起こらないからである。

【0059】

対して、異種の樹脂である場合、浮遊粒子４３が媒質３９中で凝集することがある。このような場合、浮遊粒子４３の表面に媒質３９と親液性の良い被覆膜を被覆することで解消できる。

【0060】

浮遊粒子４３のサイズは、散乱粒子４１の沈降（移動）によって発生する媒質３９となる流動性を有する樹脂の流れを阻害できるサイズが好ましい。概ね、浮遊粒子４３の粒径が散乱粒子４１の粒径の１／２倍～４倍が好ましい。ここで、浮遊粒子４３の粒径と散乱粒子４１の粒径とを比較する際には、例えば、レーザ回折・散乱法によって測定した粒径分布から算出した体積平均粒子径によって比較してもよく、メディアン径（５０％径）によって比較してもよい。浮遊粒子４３の粒径が１／２倍より小さいと、浮遊粒子４３は散乱粒子４１が起こす速い流れと遅い流れの各々に同化して動き、大きな抵抗を発生しない。また４倍を超えると、浮遊粒子４３は静置物として働き、散乱粒子４１は浮遊粒子４３の縁に沿って沈降（移動）するだけで、大きな抵抗を発生しないからである。特に好ましい、浮遊粒子４３の粒径は、浮遊粒子４３の重量が散乱粒子４１の重量と同等程度となる粒径である。

【0061】

例えば、散乱粒子４１の粒径が２５０ｎｍならば、浮遊粒子４３の好ましい粒径は１２５ｎｍ～１０００ｎｍである。特に好ましい粒径は、散乱粒子４１の比重が４、浮遊粒子４３の比重が１の場合、浮遊粒子４３の体積が散乱粒子４１の体積の４倍になる粒径４００ｎｍ程度である。

【0062】

浮遊粒子４３の形状は、散乱粒子４１の沈降（移動）によって発生する媒質３９となる流動性のある樹脂の流れを阻害できる形状ならばよい。例えば、球形、楕円形、円盤状、円柱状など、さまざまな形状とすることができる。

【0063】

本実施例の発光装置１０は、発光素子１３から放射する青色光と、接着部材３７に添加した蛍光体が青色光の一部を吸収して放射する橙色光とが、透光部材２５で混色されて上面２５Ｔから白色光を出射する。なお、発光装置１０の発光色は、波長変換材の添加の有無、また添加量を調整することで、発光素子１３の放射光色から、波長変換材の放射光色まで任意に調整可能である。

【0064】

以上より、本実施例の発光装置１０は、媒質３９に散乱粒子４１に加え浮遊粒子４３を添加した被覆部材２７を用いることにより、媒質３９中の散乱粒子４１を沈降させることなく所定の濃度に均一に分散させることができ、透光部材２５側から被覆部材２７へ入射する光を、均一に反射できるので、透光部材２５の上面２５Ｔから放射される光出力（発光輝度）を高くでき、また上面２５Ｔから放射される光のコントラストを高くできる。

【0065】

［実施例の発光装置の製造方法］
次に、本実施例の発光装置１０の製造方法について図５を参照して説明する。図５は、発光装置１０の製造工程を記載したフローチャートである。なお、図５に示した製造方法は、発光装置１０の１つの製造方法にすぎず、これに限定されるものではない。

【0066】

［部材準備工程］
部材準備工程Ｓ１１は、予め配線及び電極形成済みの基板１１及び発光素子１３を準備する工程である。例えば、図２に示すようなアノード配線２１、カソード配線２９、カソード実装電極３１及びアノード実装電極３３が形成されたアルミナ製の基板１１と、シリコン（Ｓｉ）製の支持基板１５を備えた発光素子１３を準備する。

【0067】

［ダイボンディング工程］
ダイボンディング工程Ｓ１２は、基板１１の底面１１Ｓに備えた配線上に発光素子１３を実装する工程である。

【0068】

まず、カソード配線２９上に金錫（ＡｕＳｎ）合金からなる粉末を含むゾルダーペーストを塗布する。次に、当該ゾルダーペースト上に発光素子１３のカソード素子電極面を接するように載置する。その後、リフロー装置で約３００℃まで加熱して、ＡｕＳｎ合金からなる接合部材３５を形成しつつ、発光素子１３をカソード配線２９上に接合して、固定及び電気的に接続する。なお、ソルダーペーストに含まれるフラックスは接合の際に揮発する。

【0069】

［ワイヤボンディング工程］
ワイヤボンディング工程Ｓ１３は、発光素子１３のアノード素子電極１９とアノード配線２１をボンディングワイヤ２３で接続する工程である。

【0070】

まず、ワイヤボンディング装置にダイボンディング工程Ｓ１２を終えた基板１１をセットする。次に、金（Ａｕ）製のボンディングワイヤ２３の一端をアノード配線２１に接合（ファーストボンディング）し、続けてボンディングワイヤ２３の他端を発光素子１３のアノード素子電極１９に接合（セカンドボンディング）して電気的に接続する。

【0071】

［透光部材接着工程］
透光部材接着工程Ｓ１４は、基板１１に接合した発光素子１３の半導体積層体１７上に、接着部材３７を介して透光部材２５を接着する工程である。

【0072】

まず、接着部材３７となる液状のシリコーン樹脂を半導体積層体１７面上に適量滴下する。次に、透光部材２５を液状のシリコーン樹脂上に載置し、押圧して支持基板１５の上面と透光部材２５の下面がシリコーン樹脂で覆われるように仮接着する。最後に、１５０℃で３分加熱してシリコーン樹脂を硬化して発光素子１３と透光部材２５を接着する。また同時に接着部材３７を形成する。

【0073】

本実施例においては、接着部材３７に粒径１５ｎｍ～３０ｎｍの黄色蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）を５０ｗｔ％添加している。また透光部材２５は、アノード素子電極１９を除く支持基板１５の上面と略同等な形状とした厚さ２００μｍのガラス板を用いた。

【0074】

［被覆部材充填工程］
被覆部材充填工程Ｓ１５は、透光部材接着工程Ｓ１４の実行後に、基板１１の凹部１１Ｃと発光素子１３と接着部材３７と透光部材２５の側面で画定された隙間を被覆部材２７で充填する工程である。

【0075】

まず、媒質３９となる前駆体樹脂材料のシリコーン樹脂に、散乱粒子４１として粒径２５０ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ_２）粒子を２５ｗｔ％と、浮遊粒子４３として粒径８００ｎｍの硬化済シリコーン樹脂粒子２ｗｔ％を加えて均一に分散（混合）する。続いて、脱気処理を行い被覆部材２７となる前駆体を用意する。次に、基板１１の凹部１１Ｃと発光素子１３と接着部材３７と透光部材２５の側面で画定された隙間に被覆部材２７の前駆体を充填する。被覆部材２７の前駆体は、透光部材２５の上面２５Ｔの高さと略同一となる高さに充填する。

【0076】

［被覆部材硬化工程］
被覆部材硬化工程Ｓ１６は、基板１１の凹部１１Ｃと発光素子１３と接着部材３７と透光部材２５の側面に充填した被覆部材２７の前駆体を加熱および硬化して密着封止する工程である。

【0077】

まず、被覆部材充填工程Ｓ１５後の被覆部材２７の前駆体が充填された基板１１を熱硬化炉に入れ、３０分静置して媒質３９となるシリコーン樹脂を基板１１の底面１１Ｓと、発光素子１３と接着部材３７と透光部材２５の側面に馴染ませる。次に、９０分を掛けて１８０℃まで加熱して被覆部材２７の前駆体を硬化して被覆部材２７を形成する。

【0078】

このとき、媒質３９となるシリコーン樹脂が硬化に至るまでの間、浮遊粒子４３が散乱粒子４１の沈降を防ぐ。特に、シリコーン樹脂の硬化直前における流動性が高くなる（粘度が低くなる）温度域では、散乱粒子４１である酸化チタン粒子の比重が大きく沈降し易い。本実施例においては、シリコーン樹脂中に浮遊粒子４３として硬化済のシリコーン樹脂粒子を添加してあるので、散乱粒子４１の沈降が抑制され、媒質３９中に散乱粒子４１が所定の濃度で均一に分散された被覆部材２７が形成される。

【0079】

以上の工程によって、本実施例の発光装置１０は製造される。このように製造された発光装置１０の透光部材２５の上面２５Ｔからの出射する光の光出力は高く、また周囲の被覆部材２７の上面２７Ｔに対して高いコントラストを有する。

【比較例】

【0080】

次に、比較例の半導体発光装置について説明する。

【0081】

比較例の半導体発光装置５０(以降、発光装置５０とも称す)は、被覆部材２７に代えて被覆部材５１を有する他は発光装置１０と同様に構成されている。図６は、比較例の発光装置５０について、図２の点線で囲んだＡ部に相当する部分を模式的に示した図である。

【0082】

被覆部材５１は、浮遊粒子４３を含まず、媒質３９中に散乱粒子４１が分散されて構成されている。そのため、被覆部材５１中において散乱粒子４１は沈降し、散乱粒子４１の濃度は、上面５１Ｔ付近で薄く、基板１１の底面１１Ｓ方向で濃くなる。具体的に言えば、散乱粒子４１の濃度は、透光部材２５の側面で薄く、発光素子１３の側面で濃くなる。従って、透光部材２５側から被覆部材５１側へ入射する光の反射率が所定の反射率より低下する。

【0083】

更に、図６に示すように、被覆部材５１の上面５１Ｔ付近において、特に散乱粒子４１の濃度が薄い部分が形成される。具体的には、図６中の破線で囲んだ散乱粒子４１の濃度が低い領域Ｂが形成される。

【0084】

この領域Ｂにおいて、透光部材２５から被覆部材５１に入射した光は、透光部材２５側へ反射されることなく、領域Ｂを伝搬しつつ被覆部材５１内で減衰する。又は、領域Ｂにおいて、透光部材２５から被覆部材５１に入射した光は、当該領域の下方の散乱粒子４１よって反射されて上面５１Ｔへ向かい出射する。

【0085】

以上によって、半導体発光装置５０の透光部材２５の上面２５Ｔから出射する光の光出力は低下する。また、透光部材２５の上面２５Ｔから出射する光の被覆部材５１に対するコントラストも低下する。同時に、被覆部材５１に入射した光が上面５１Ｔから出射することで迷光も発生する。

【0086】

［比較例の発光装置の製造方法］
比較例の発光装置５０の製造方法は、本実施例の発光装置１０の製造方法に対して、被覆部材２７に浮遊粒子４３が添加されてない、被覆部材５１を用いた点が異なるだけで、それ以外の製造工程は全て同じなので、異なる部分だけを説明する。

【0087】

比較例の発光装置５０の被覆部材５１は、被覆部材充填工程Ｓ１５において、基板１１の凹部１１Ｃに被覆部材５１の前駆体を充填した時点から、被覆部材５１中で散乱粒子４１の沈降が始まり、被覆部材硬化工程Ｓ１６で被覆部材５１の前駆体が硬化するまで散乱粒子４１は沈降する。従って、被覆部材５１の媒質３９中において、散乱粒子４１の密度（濃度）は、上面５１Ｔ近傍で低くなり、基板１１の底面１１Ｓで高くなる。すなわち、散乱粒子４１の密度は不均化する。

【0088】

［発光装置の発光特性］
本実施例の発光装置１０と比較例の発光装置５０の発光特性について、図７及び図８を参照しつつ以下に説明する。

【0089】

図７は、図１の２－２線に沿って半導体発光装置１０の輝度を測定した輝度分布を示したグラフである。図７に示すグラフの横軸は、透光部材２５の上面２５Ｔの中心を０ｍｍとして図２－２線に沿った位置を示している。図７に示すグラフの縦軸は、最大輝度を１とした規格化輝度を示している。また、図７に示すグラフ中の「Ｒ１」は、半導体発光装置１０の発光面、すなわち透光部材２５の上面２５Ｔに対応する領域を示している。

【0090】

図７に示すように、半導体発光装置１０の規格化輝度は、発光面Ｒ１内において高い輝度を保つ高輝度領域を形成している。また、発光面Ｒ１の外側の両領域において、中心から離れるに従い急峻に輝度減衰する輝度減衰領域を形成している。このように発光装置１０の輝度分布は、明瞭に高輝度領域と輝度減衰領域になっており、高いコントラストが得られている。

【0091】

図８は、図７と同様に測定した、比較例の半導体発光装置５０の輝度分布を示したグラフである。

【0092】

図８に示すように、半導体発光装置５０の規格化輝度は、発光面Ｒ１内において輝度の窪みはあるものの高輝度領域を形成している。また、発光面Ｒ１の外側の両領域において、中心から離れるに従い急峻に輝度減衰する輝度減衰領域を形成している。しかし、減衰領域の端に（図中、一点鎖線で囲まれた部分）に、規格化輝度の減衰が鈍化する、又は上昇する迷光部を生じている。このように、浮遊粒子４３を含まない発光装置５０のコントラストは迷光によって低下することがある。また、透光部材２５の上面２５Ｔから放射する光出力は迷光として損失した分だけ低下する。

【0093】

このように、浮遊粒子４３を含んだ被覆部材２７を用いた半導体発光装置１０は、透光部材２５の上面２５Ｔから放射する光出力が高く、また透光部材２５の上面２５Ｔを囲む被覆部材２７の上面２７Ｔに対して高いコントラストを有している。これは、透光部材２５の側面を覆う被覆部材２７に含まれる散乱粒子４１が均一に分散しているからである。

【0094】

一方、浮遊粒子４３を含まない被覆部材５１を用いた半導体発光装置５０は、透光部材２５の上面２５Ｔから放射する光出力は高いが、被覆部材５１の上面５１Ｔから迷光を出射している。換言すれば、透光部材２５の側面から被覆部材５１へ光が漏れているに他ならない。また、この迷光によりコントラストも低下している。これは、透光部材２５の側面を覆う被覆部材５１に含まれる散乱粒子４１が沈降して不均化しているからである。特に、図６の領域Ｂに示すように、被覆部材５１の上面５１Ｔにおいて散乱粒子４１の濃度が薄くなることによる。

【0095】

以上で説明したように、本発明の半導体発光装置は、発光素子と、発光素子の発光面上に設けられ、発光素子が放射する放射光に対して透光性を有する透光部材と、発光素子及び透光部材の側面を覆うように設けられた被覆部材を有している。そして被覆部材は、樹脂を媒質とし、樹脂とは屈折率が異なり、光散乱性を有する散乱粒子と、同樹脂からなる浮遊粒子とを含んでいる。

【0096】

被覆部材に浮遊粒子が添加されていることで、媒質の前駆体である流動性を有する樹脂中において、散乱粒子が沈降することなく均一に分散している。従って、発光素子から出射された光が透光部材を通って被覆部材に入射しても、所定の反射率で反射されて透光部材に戻される。従って、透光部材の上面から出射する光出力が高く、また高いコントラストが得られる半導体発光装置を提供することができる。

【0097】

また、本発明による半導体発光装置は、被覆部材中で散乱粒子が沈降して生じる被覆部材の上面付近に形成される散乱粒子の濃度が薄い領域が生じ難い。従って、発光素子から放射された光が、透光部材から被覆部材へ導波することによる光出力の低下、及びコントラストの低下も防止することができる。

【0098】

なお、上記実施例において、発光素子１３が支持基板１５を有する発光素子である場合について説明したが、これに限られることはない。発光素子１３は、基板１１の底面１１Ｓと反対側の面である上面を発光面とする半導体発光素子であればよい。例えば、発光素子１３として、透光性の成長基板を備えたフリップチップ型の発光素子を用いてもよい。

【0099】

また、本発明による半導体発光装置は、複数の発光素子を含んで構成されてもよい。例えば、上記実施例の発光素子１３、透光部材２５及び接着部材３７を含む単位を発光構造体とし、基板１１の底面１１Ｓ上に、複数の発光構造体を、所定の間隔をおいてマトリクス状に配列してもよい。この場合、基板１１の凹部１１Ｃ、発光素子１３の各々の側面、接着部材３７の各々の側面及び透光部材２５の各々側面によって画定された隙間に被覆部材２７の前駆体を充填して加熱硬化し、被覆部材２７を形成する。

【0100】

このような構成により、各々の透光部材２５と隣接する透光部材２５との間には、散乱粒子４１が均一に分散した被覆部材２７が存在する。これによって、各々の発光構造体から隣接する発光構造体への光漏れが防止され、クロストークを防止することができる。従って、例えば複数の発光構造体の配列によって文字や数字を表す場合に、鮮明に表示することができる。また、例えば、接着部材３７への波長変換材の添加量を増減させることによって、複数の発光構造体の各々の発光色を互いに異ならせることができる。この場合にも、発光構造体の各々について高いコントラストが得られ、隣接する発光構造体間での色の混合も防止することができ、設計通りの色分けを実現することができる。

【0101】

また上述した実施例及び製造方法における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0102】

１０ 半導体発光装置
１１ 基板
１１Ｓ 底面
１３ 発光素子
１５ 支持基板
１７ 半導体積層体
１９ アノード素子電極
２１ アノード配線
２３ ボンディングワイヤ
２５ 透光部材
２５Ｔ 上面
２７、５１ 被覆部材
３１ カソード実装電極
３３ アノード実装電極
３５ 接合部材
３７ 接着部材
３９ 媒質
４１ 散乱粒子
４３ 浮遊粒子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】