JP2016100457A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光のクロストークが大幅に抑制され、照射像において明暗を明確に区別することが可能な発光装置、また、素子間領域に起因する暗部の形成が大幅に抑制された高性能かつ高輝度の発光装置を提供する。【解決手段】搭載基板１１と、搭載基板上にマトリクス状に並置された複数の半導体発光素子２０と、複数の発光素子上に形成された透光樹脂ＴＲと、透光樹脂上に形成され、各々が複数の発光素子の各々の上面全体を覆うように形成された複数の透光板３０と、隣接する透光板間において互いに対向する一方の透光板の側面及び他方の透光板の側面のうち、いずれか一方の側面を覆うように形成された遮光膜ＬＢと、を有する。【選択図】図１
Description
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を複数個用いた発光装置に関する。
半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層からなる半導体構造層を成長し、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層に電圧を印加するｎ電極及びｐ電極を形成して作製される。さらに、放熱性能の向上を図る半導体発光素子として、半導体構造層を成長用基板とは別の支持基板に接合した後、成長用基板を除去した半導体発光素子が知られている。また、例えば複数の半導体発光素子を実装基板上に固定し、さらに波長変換用の蛍光体層を形成した後、樹脂などで封止することによって、半導体発光装置が作製される。
特許文献１には、基板と、基板上に搭載された複数の発光素子と、複数の発光素子を分離する遮光性の隔壁体と、隔壁体上に設けられた透光性板材と、素子空間を充填する波長変換体とを有し、透光性板材は隔壁体との接触部から光放射方向に延在する遮光膜を含む発光装置が開示されている。また、特許文献２には、基板と、基板に搭載された複数の発光素子と、発光素子に対応する貫通孔が形成された型枠と、型枠の貫通孔に配置された蛍光体フィルター板とを備えた照明装置が開示されている。
近年、自動車用ヘッドライトにおいて、前方の状況、すなわち対向車や前走車などの有無及びその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術が注目されている。この技術によって、例えば走行用の配光形状すなわちハイビームでの走行中に対向車を検知した際には、ヘッドライトに照射される領域のうち、当該対向車の領域のみをリアルタイムで遮光することが可能となる。従って、ドライバに対して常にハイビームに近い視界を与えることができ、その一方で対向車に眩惑光（グレア）を与えることが防止される。このような配光可変型のヘッドライトシステムは、例えば、複数の発光素子をアレイ状に配置した発光装置を作製し、当該発光素子の各々への導通及び非導通をリアルタイムで制御することによって実現することができる。
しかし、一般に、複数の発光素子が並置された発光装置を光源として用いる場合、その照射像にはわずかな暗部（暗線）が形成されることがある。この暗部形成の主な原因は、並置された発光素子の隣接する素子との間に設けられた素子間領域（非発光領域）の存在である。この暗部の形成を抑制することを考慮すると、並置された素子間の距離は小さいことが好ましい。
しかし、素子間の距離を小さくした場合、導通状態の素子から放出された光の一部が隣接する非導通状態の素子に伝播してしまう場合がある。このいわゆる光のクロストークによって、非導通状態の素子からも弱い光が放出されているような状態となる場合がある。複数の素子を用いる発光装置の様々な応用分野において、光のクロストークはないことが望ましい。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、光のクロストークが大幅に抑制され、照射像において明暗を明確に区別することが可能な発光装置を提供することを目的としている。また、素子間領域に起因する暗部の形成が大幅に抑制された高性能かつ高輝度の発光装置を提供することを目的としている。
本発明による発光装置は、搭載基板と、搭載基板上にマトリクス状に並置された複数の発光素子と、複数の発光素子上に形成された透光樹脂と、透光樹脂上に形成され、各々が複数の発光素子の各々の上面全体を覆うように形成された複数の透光板と、隣接する透光板間において互いに対向する一方の透光板の側面及び他方の透光板の側面のうち、いずれか一方の側面を覆うように形成された遮光膜と、を有することを特徴としている。
以下に本発明の実施例について詳細に説明する。
図１（ａ）は、実施例１の発光装置１０の上面を模式的に示す図である。発光装置１０は、搭載基板（以下、単に基板と称する場合がある）１１上に複数の発光素子２０（以下、単に素子と称する場合がある）がマトリクス状に並置された構造を有している。発光装置１０は、その並置された複数の発光素子２０の全体で発光領域ＥＡを構成している。また、発光装置１０の発光領域ＥＡは、素子領域及び素子間領域からなる。ここでは、素子間領域とは素子とその隣接する素子との間の領域（空間）をいう。
本実施例においては、搭載基板１１に垂直な方向から見たとき、発光素子２０の各々が矩形形状を有する場合について説明する。また、発光素子２０が３行３列でマトリクス状に配列されており、全体として矩形の発光領域ＥＡが構成されている場合について説明する。以下においては、複数の発光素子２０のうち、隣接して整列した２つの特定の発光素子２０を、発光素子２０Ａ及び２０Ｂに区別して説明する。
また、発光装置１０は、各々が発光素子２０の各々の上面全体を覆うように形成され、マトリクス状に並置された複数の透光板３０を有している。透光板３０の各々は、発光素子２０の各々からの放出光に対して透光性を有している。透光板３０の各々は、発光素子２０の各々に対応した個数で配置され、全体として発光領域ＥＡを構成している。発光装置１０の発光領域ＥＡは、その外縁が透光板３０の側面によって画定される。
透光板３０の各々は、本実施例においては３行３列でマトリクス状に並置されている。また、本実施例においては、透光板３０の各々は、発光素子２０の各々に対応した形状（例えば上面視において矩形形状）を有している。透光板３０は、例えばサファイアなどを用いたガラス材料からなる。以下においては、発光素子２０Ａ及び２０Ｂ上の透光板３０の各々を、透光板３０Ａ及び３０Ｂに区別して説明する。
発光素子２０から放出された光は、透光板３０の主面の一方に入射し、他方の主面から出射する。従って、具体的には、例えば素子２０Ａから放出された光は透光板３０Ａの下面に入射し、透光板３０Ａの上面全体から出射される。また、透光板３０Ａから出射された光は外部に取出される。発光装置１０から取出される光は、透光板３０の各々から出射された光となる。
図１（ａ）に示すように、発光装置１０は、並置された複数の透光板３０の各々のうちの隣接する透光板３０Ａ及び３０Ｂ間において互いに対向する一方の透光板３０Ａの側面３０ＡＳ及び他方の透光板３０Ｂの側面３０ＢＳのうち、いずれか一方の側面（本実施例では側面３０ＢＳ）を覆うように形成された遮光膜ＬＢを有している。なお、図１（ａ）においては、図の明確さのため、遮光膜ＬＢの形成領域にハッチングを施している。
遮光膜ＬＢは、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｒｈ及びＴｉなどの金属材料からなる。遮光膜ＬＢは、素子２０からの放出光に対して反射性又は吸収性を有する。すなわち、素子２０から放出された光は、遮光膜ＬＢによって反射又は吸収され、遮光膜ＬＢを透過しない。なお、ここでは、互いに隣接する透光板３０間の対向する側面（例えば側面３０ＡＳ及び３０ＢＳ）の全体を側面対ＰＳと称する。
発光装置１０の発光領域ＥＡは、遮光膜ＬＢによって複数の発光セグメントＥＳに区画される。本実施例においては、発光セグメントＥＳは、各素子２０、すなわち各透光板３０に対応して形成されている。また、本実施例においては、各素子２０の外縁によってではなく、透光板３０の側面対ＰＳの一方の側面に設けられた遮光膜ＬＢによって画定される。すなわち、素子領域のみならず、素子間領域も発光セグメントＥＳとして使用する。従って、素子間領域に対応する暗部が照射像に顕在化することが大幅に抑制される。また、発光セグメントＥＳが遮光膜ＬＢによって明確に画定されるため、素子間における光のクロストークが防止される。
また、透光板３０を設けることによって、発光領域ＥＡにおける素子間領域上の領域の発光強度の低下を抑制することが可能となる。具体的には、複数の素子２０を並置する場合、製造誤差や導通制御などを考慮すると、ある程度の間隔で素子２０を配置する必要がある。従って、素子間領域自体を小さくすることには限界がある。しかし、透光板３０の各々は、素子間の距離よりも小さい距離で配置することが可能である。本実施例においては、透光板３０の各々は、素子２０の上面よりも大きいサイズを有している。従って、透光板３０間の距離は素子間領域よりも小さく、発光セグメントＥＳのほぼ全域から均一な光を取出すことが可能となる。
本実施例においては、素子２０及び透光板３０が矩形形状を有し、９つの素子２０及び透光板３０の各々がマトリクス状（格子状）に並置されている。また、透光板３０は、少なくともその１つの側面３０Ｓにおいて他の透光板３０に隣接する。従って、行方向及び列方向にそれぞれ６つ、合計１２個の側面対ＰＳが構成されている。また、図１（ａ）に示すように、側面対ＰＳの各々はその行方向及び列方向に整列して形成されている。また、遮光膜ＬＢは、側面対ＰＳのうち、同一側の側面の各々に形成されている。従って、例えば、列方向又は行方向に整列した複数の素子を一斉に発光させた場合には、照射像内に、一直線に形成された明暗の境界を表現することができる。
なお、本実施例においては、遮光膜ＬＢが整列した側面対ＰＳ（例えば列方向に整列した３つの側面対ＰＳ）の各々における同一側の側面に形成される場合について説明した。しかし、遮光膜ＬＢは、側面対ＰＳのいずれか一方の側面に形成されていればよく、複数の遮光膜ＬＢが直線状に整列する必要は無い。遮光膜ＬＢの形成位置は、様々な用途（例えば照明用途）に応じて変更することができる。
例えば、自動車用ヘッドライトを発光装置１０によって構成する場合、その照射像の一部には、他の領域よりも大きな照射領域（発光セグメントＥＳ）を形成する必要が生ずる場合がある。この場合、素子２０の形状を変更するのではなく、遮光膜ＬＢの形成位置を調節することによって、発光セグメントＥＳの大きさを調節することができる。具体的には、一部の透光板３０の側面３０Ｓには遮光膜ＬＢを形成せず、当該遮光膜ＬＢが形成されていない透光板３０に隣接する透光板３０の側面３０Ｓのうち、当該遮光膜ＬＢが形成されていない透光板３０に対向する側面３０Ｓの各々に遮光膜ＬＢを形成する。これによって、当該遮光膜ＬＢが形成されていない透光板３０に対応する発光セグメントＥＳの面積は、他の発光セグメントＥＳの面積よりも大きなものとなる。
図１（ｂ）は、発光装置１０の構造を示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。基板１１上には、発光素子２０と透光板３０との間において発光素子２０の各々を埋設するように透光樹脂ＴＲが形成されている。透光板３０の各々は、透光樹脂ＴＲ上に形成され、それぞれ発光素子２０の各々の上面を覆うように形成されている。また、透光樹脂ＴＲは、発光素子２０の各々の側面を覆うように形成されている。また、透光樹脂ＴＲは、透光板３０の下面全体を覆うように形成されている。また、透光樹脂ＴＲは、隣接する透光板３０間（例えば透光板３０Ａ及び３０Ｂ間）を充填するように形成された充填部ＦＬを有している。
透光樹脂ＴＲは、例えばエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂またはこれらを組み合わせたハイブリッド樹脂など、素子２０からの放出光に対して透光性を有する材料を用いたペーストからなる。また、透光樹脂ＴＲは、透光樹脂ＴＲ内に設けられた複数の蛍光体ＰＰを有している。なお、図の明確さのため、蛍光体ＰＰへのハッチングは省略している。蛍光体ＰＰは、発光素子２０からの光の波長を変換する。
例えば、発光素子２０が青色の発光波長を有する場合、その青色光を黄色光に変換する。この場合、透光板３０には青色光及び黄色光が混色された擬似的な白色光が入射する。また、透光板３０からは、この擬似的な白色光が出射し、外部に取出される。
蛍光体ＰＰは、例えばＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）に付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入した蛍光体）からなる。なお、蛍光体ＰＰとして複数の種類の蛍光体を透光樹脂ＴＲに含有させてもよい。また、取出されるべき光の波長（発光色）によっては、透光樹脂ＴＲは蛍光体ＰＰを有していなくてもよい。また、蛍光体ＰＰは、透光板３０内に設けられていてもよい。
また、透光樹脂ＴＲは、基板１１上における隣接する素子２０間（例えば素子２０Ａ及び２０Ｂ間）の領域に延在する空洞ＣＶを有している。また、空洞ＣＶは、図１（ｂ）に示すように、素子２０の高さＨＥよりも大きな高さＨＣを有し、その上端が当該高さ方向における素子２０と透光板３０との間に位置している。空洞ＣＶは、素子２０間領域の短手方向に沿った断面において、略扇形の形状を有している。空洞ＣＶは、基板１１、素子２０、透光板３０によって囲まれた透光樹脂ＴＲのペースト及び蛍光体ＰＰが形成されていない（存在しない）部分である。
空洞ＣＶは、隣接する素子２０の側面全体を囲むように、素子間領域の全体に亘って形成されている。また、空洞ＣＶは、素子２０の高さ方向（厚さ方向）において隣接する素子２０の側面のほぼ全域に亘って形成されている。素子２０の側面から隣接する素子２０に向かって放出された光は、空洞ＣＶによって反射又は吸収され、素子２０に向かって戻る又は減衰して消滅する。従って、例えば素子２０Ａの側面から素子２０Ｂに向かって放出された光は、空洞ＣＶによって反射又は吸収（減衰）される。すなわち、空洞ＣＶは、素子２０間の光のクロストークを防止する遮光体として機能する。
なお、空洞ＣＶと透光板３０の遮光膜ＬＢと間の距離は小さいことが望ましい。具体的には、空洞ＣＶと遮光膜ＬＢとの間の領域は、素子間を光が伝播する隙間となる。従って、両者の距離は小さいほど素子２０間の光のクロストークが抑制される。例えば空洞ＣＶと遮光膜ＬＢが接している場合、空洞ＣＶと遮光膜ＬＢとが一体となって素子２０間のクロストークを抑制するための遮光壁として機能する。この場合、クロストーク抑制効果が最も高い。
また、透光樹脂ＴＲは、素子２０と透光板３０との間を充填するように形成されている。また、透光樹脂ＴＲは、発光素子２０と透光板３０との間において発光素子２０を埋設するように形成されている。従って、素子２０からの放出光の波長を均一に変換し、透光板３０に入射させることが可能となる。
また、透光樹脂ＴＲは、隣接する透光板３０間を充填するように形成された充填部ＦＬを有している。すなわち、透光板３０Ａと隣接する透光板３０Ｂの遮光膜ＬＢとの間には透光樹脂ＴＲが充填されている。従って、発光セグメントＥＳは、透光板３０と、隣接する透光板３０間に設けられた透光樹脂ＴＲとによって構成されている。すなわち、透光板３０間の透光樹脂ＴＲも発光セグメントの一部として使用することが可能となる。これによって、発光領域ＥＡを透光板３０に垂直な方向から見たとき、発光領域ＥＡにおける暗部（暗線）を形成し得る部分は、ほぼ遮光膜ＬＢの厚さ分だけとなる。従って、発光領域ＥＡのほぼ全体が発光面となり、素子間領域に対応する暗部の形成を大幅に低減することが可能となる。
従って、光のクロストークの防止と素子間領域に対応する暗線の形成の防止との両立を実現することが可能となる。例えば、複数の並置された発光素子２０を全て同時に導通させた場合は、照射像に暗線（ダークグリッド）が形成されることが防止される。一方、発光素子２０の一部を導通させた場合、照射像における明暗が明確なものとなる。
次に、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて、発光装置１０の製造方法について説明する。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、発光装置１０の製造中における図１（ｂ）と同様の断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、基板１１上に発光素子２０Ａ及び２０Ｂを含む複数の発光素子２０をマトリクス状に形成する。次に、素子２０Ａ及び２０Ｂの各々上に、蛍光体ＰＰを含む樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢを塗布する。
続いて、図２（ｂ）に示すように、一部の側面に遮光膜ＬＢを形成した透光板３０Ａ及び３０Ｂを準備し、これらを樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢのそれぞれの上に配置する。このとき、隣接する側面対ＰＳのいずれか１つの側面３０Ｓが遮光膜ＬＢを有するように透光板３０の各々を配置する。
なお、遮光膜ＬＢは、透光板３０としての例えばガラスの側面に、例えばＡｇ、Ａｌ又はカーボンブラックなどの膜を蒸着又はメッキによって形成することで成膜することができる。なお、本実施例においては、平板形状を有し、その主面が正方形のガラスを準備し、その４つ側面のうちの２つの側面に遮光膜ＬＢを形成した。なお、遮光膜ＬＢは、素子２０からの放出光に対して反射性及び吸収性を有する膜であればよいが、光の取出し効率の向上や発熱の防止を考慮すると、反射性を有することが望ましい。
そして、基板１１を加熱しつつ、透光板３０Ａ及び３０Ｂに圧力ＰＷを加える。すると、素子２０Ａ及び２０Ｂ上の樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢの各々が素子２０Ａ及び２０Ｂの上面全体に広がる。また、樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢの各々は、その一部が素子２０Ａ及び２０Ｂの側面にも漏れ広がる。また、樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢの一部は、毛細管現象によって、透光板３０Ａ及び３０Ｂの間にも入り込む。
この状態で基板１１を冷却することによって、樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢを硬化させる。このようにして、図２（ｃ）に示すように、素子２０と透光板３０との間及び隣接する透光板３０間を充填し、素子２０の側面を覆うように透光樹脂ＴＲを形成することができる。樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢは、紫外線照射や加熱によって硬化することも出来る。
なお、透光板３０を素子２０毎に個別に形成することで、発光セグメントＥＳの設計自由度が向上する。具体的には、例えば透光板３０の一部を異なるサイズ及び形状で形成することで、様々なサイズ及び形状の発光セグメントＥＳを形成することが可能となる。また、素子２０毎に、素子２０の形状及びサイズとは無関係に発光セグメントＥＳを形成することも可能となる。さらに、光学系の設計や照射シミュレーションなどが容易になる。
また、透光板３０を個別に形成することで、製造上の効果も大きい。具体的には、例えば透光板３０を発光領域ＥＡ全体に１つ形成した場合に比べ、歩留まりが向上する。具体的には、透光板３０を一体的に作成する場合、その一部の遮光膜ＬＢの形成厚さなどの誤差、透光樹脂ＴＲ（樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢなど）上への位置合わせの誤差によって、一体的に形成した透光板３０の全体が不良品となる場合がある。一方、透光板３０を個別に形成する場合は、個別に良品不良品の判定を行うことができるため、発光装置１０全体の製造歩留まりへの影響は小さくなる。
図３は、発光装置１０の詳細構造を示す断面図である。図３は、図１（ｂ）と同様の断面図であるが、透光樹脂ＴＲ及び透光板３０を省略してある。発光素子２０の各々（図３では２０Ａ及び２０Ｂ）は、半導体構造層２１と、ｐ電極（第１の電極）２５と、ｎ電極（第２の電極）２６と、を有する半導体発光素子である。以下においては、発光素子２０が半導体発光素子である場合について説明する。すなわち、本実施例においては、発光装置１０は半導体発光装置である場合について説明する。
半導体構造層２１は、発光層２３がｐ型半導体層（第１の半導体層）２２及びｎ型半導体層（第２の半導体層、第１の半導体層とは反対の導電型を有する半導体層）２４に挟まれるように形成された構造を有している。半導体構造層２１は、例えば、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成を有するｐ型半導体層２２、発光層２３Ｂ及びｎ型半導体層２４が搭載基板１１上にこの順で順次積層された構造を有している。ｎ型半導体層２４の表面は光取出し面として機能する。
ｐ電極２５は、ｐ型半導体層２２上に形成され、反射性の高い金属からなる反射金属層２７及び反射金属層２７の全体を覆うように形成されたキャップ層２８からなる。反射金属層２７は、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ及びＰｄなどの金属材料並びにこれらを含む合金を用いて形成される。キャップ層２８は、例えばＴｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕなど、自身が他の層にマイグレーションしにくく、反射金属層２７のマイグレーションを防止する金属材料を用いて形成される。なお、図示していないが、ｐ型半導体層２２及び反射金属層２７間に、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの金属酸化膜を形成し、さらに光の反射性を高めることも可能である。
ｎ電極２６は、ｐ型半導体層２２側からｐ型半導体層２２及び発光層２３を貫通してｎ型半導体層２４内に至り、ｎ型半導体層２４に接続されている。ｎ電極２６は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕなどの金属材料を用いて形成される。また、半導体発光素子２０の側面及び表面の各々には、絶縁保護膜２９が形成されている。絶縁保護膜２９は、例えばＳｉＯ2などの絶縁材料からなる。なお、反射金属層２７上に形成されるキャップ層２８として、電流拡散機能を有する電流拡散層を形成する場合、絶縁保護膜２９が反射金属層２７及びキャップ層２８の金属材料のマイグレーションを防止する層として機能する。
搭載基板１１上にはｐ電極２５に接続されたｐ側配線（第１の配線）１２及びｎ電極２６に接続されたｎ側配線（第２の配線）１３が形成されている。具体的には、ｐ側配線１２は搭載基板１１上に複数個設けられており、その各々は電気的に分離されている。例えば半導体発光素子２０Ａ及び２０Ｂのｐ電極２５の各々には、ｐ側配線１２Ａ及び１２Ｂが形成されている。また、ｐ側配線１２の各々は、搭載基板１１と半導体発光素子２０の各々との間において半導体発光素子２０の各々のｐ電極２５に接続されている。換言すれば、ｐ側配線１２は、その各々が半導体発光素子２０のｐ型半導体層２２に接続された個別配線として機能する。
また、ｎ側配線１３は、搭載基板１１と半導体発光素子２０の各々との間において半導体発光素子２０の各々のｎ電極２５に接続されている。換言すれば、ｎ型配線１３は、半導体発光素子２０の各々のｎ型半導体層２４に接続された共通配線として機能する。ｎ側配線１３と、半導体発光素子２０の各々におけるｐ電極２５を含む半導体構造層２１の搭載基板１１側の表面との間には、その全面に絶縁層１５が形成されている。ｎ側配線１３は、半導体発光素子２０側に形成された第１の接合層（図示せず）及び搭載基板１１側に形成された第２の接合層（図示せず）が接合された構造を有している。
ｐ側配線１２及びｎ側配線１３は、絶縁層１４を介して互いに異なる階層で形成されている。具体的には、搭載基板１１上に複数のｐ側配線１２が並置されており、ｐ側配線１２を覆うように絶縁層１４が形成されている。また、絶縁層１４上にはｎ側配線１３が形成されている。絶縁層１４及び１５における半導体発光素子２０Ａの直下の領域にはｐ側配線１２Ａに至る開口部が設けられ、当該開口部にはｐ電極２５に接続されたビア電極１２ＡＶが形成されている。
同様に、半導体発光素子２０Ｂのｐ電極２５及び搭載基板１１上のｐ側配線１２Ｂは、ビア電極１２ＢＶを介して接続されている。また、ビア電極１２ＡＶ及び１２ＢＶの各々は、半導体発光素子２０側に形成された第１の接合層（図示せず）及び搭載基板１１側に形成された第２の接合層（図示せず）が接合された構造を有している。以下においては、ビア電極１２ＡＶ及び１２ＢＶを含むビア電極のいずれか１つを、ビア電極１２Ｖと称する場合がある。
また、絶縁層１５における半導体発光素子２０のｎ電極２６が形成された領域上には、ｎ電極２６に至る開口部が設けられている。ｎ電極２６は、当該開口部を介してｎ側配線１３に接続されている。
半導体発光装置１０は、ｐ側配線１２及びｎ側配線１３間において、半導体発光素子２０の各々が互いに並列に接続された構造を有している。半導体発光素子２０の各々は、ｐ側配線１２の各々への電流の印加を制御することによって、独立して導通状態及び非導通状態が制御される。すなわち、半導体発光素子２０の各々は互いに独立して発光する。
なお、搭載基板１１の半導体発光素子２０間の領域上には、素子間絶縁層１６が形成されている。素子間絶縁層１６は、例えばＳｉＯ2などの絶縁材料からなる。素子側面の絶縁保護膜２９は、素子間絶縁層１６上に形成されている。素子間絶縁層１６は、発光装置の作製工程における半導体層を素子毎に分離する際のエッチング加工時において、搭載基板１１上の配線などを保護する機能を有する。このようにして、半導体発光素子２０の各々は、搭載基板１１上に互いに並置され、また互いに並列に接続されている。
搭載基板１１は、例えばＳｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷなどの放熱性の高い材料からなる。絶縁層１４及び１５、絶縁保護膜２９及び素子間絶縁層１６は、例えばＳｉＯ2及びＳｉ3Ｎ4などの絶縁材料からなる。第１及び第２の接合層、ビア電極１２ＡＶ及び１２ＢＶは、その互いに接することとなる表面の材料が、Ａｕ及びＳｎ、Ａｕ及びＩｎ、Ｐｄ及びＩｎ、Ｃｕ及びＳｎ、Ａｇ及びＳｎ、Ａｇ及びＩｎ並びにＮｉ及びＳｎなど、互いに融着して接合される材料の組み合わせか、又はＡｕなどの互いに拡散して接合される材料を用いて形成される。
なお、図示していないが、発光装置１０は、搭載基板１１を介して実装基板に実装され、ワイヤボンディングによって各素子の電極に電源が接続される。
図３に示すように、発光素子２０の各々は、ｐ電極２５及びｎ電極２６の両方がｐ型半導体層２２側（搭載基板１１側）に形成された構造を有している。従って、ｎ型半導体層２４の表面（光取出し面）の全体から光を取出すことが可能となる。一方、ｎ電極２６がｐ型半導体層２２側に形成されることによって、発光層２３の面積が小さくなる。具体的には、発光層２３の一部がｎ電極２６によって除去される。従って、発光層２３の面内方向においては、発光強度（輝度）にムラが生ずることが懸念される。すなわち、発光セグメントＥＳ内での輝度ムラをもたらすことが懸念される。
しかし、本実施例においては、素子２０上に透光板３０を設けることで、発光層２３の近傍で生じた輝度ムラを低減することができる。従って、このような電極構成を有する発光素子２０においては透光板３０を設ける効果が大きい。すなわち、本実施例における発光素子２０及び透光板３０を組み合わせることで、発光セグメントＥＳ内においても輝度ムラのない発光装置１０を提供することが可能となる。
なお、本実施例においては、発光装置１０が透光樹脂ＴＲを有する場合について説明したが、発光装置１０は透光樹脂ＴＲを有する場合に限定されない。また、透光樹脂ＴＲは、素子２０と透光板３０との間を充填するように形成される場合について説明したが、透光樹脂ＴＲは、素子２０と透光板３０との間を充填するように形成される場合に限定されない。素子２０の各々上に透光樹脂ＴＲが形成され、透光樹脂ＴＲ上に透光板３０が形成されていればよい。また、透光樹脂ＴＲは、透光板３０間を充填するように形成されている場合に限定されない。また、透光樹脂ＴＲは、素子２０の側面を覆うように形成される場合に限定されない。
図４は、実施例１の変形例１に係る発光装置１０Ａの断面図である。なお、図４は、発光装置１０Ａにおける図１（ｂ）と同様の断面図である。発光装置１０Ａは、透光樹脂ＴＲ１の構造を除いては、発光装置１０と同様の構造を有している。
本変形例においては、透光樹脂ＴＲ１の空洞ＣＶ１に遮光性を有する材料が充填されている。すなわち、透光樹脂ＴＲ１は、空洞部ＣＶ１が空洞ＣＶ１を充填するように形成された遮光部ＬＢＰを有している。遮光部ＬＢＰは、例えば遮光性（光反射性又は光吸収性）を有する樹脂材料からなる。遮光部ＬＢＰは、例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化珪素又は酸化亜鉛などを含有するペースト状のエポキシ樹脂又はシリコン樹脂からなる。遮光部ＬＢＰは、例えば発光装置１０における空洞ＣＶに上記したような遮光材料を充填することで形成することができる。
本変形例においては、空洞ＣＶ１が遮光部ＬＢＰを有することによって、素子２０間のクロストークの抑制効果が向上する。すなわち、空洞ＣＶ１での遮光効果が向上する。実施例１における空洞ＣＶは、空気又は封止ガス雰囲気によって構成されている。一方、本変形例においては、空洞ＣＶ１は、空洞ＣＶに遮光部ＬＢＰを充填した遮光空洞として形成されている。従って、素子２０間でのクロストーク防止効果の向上を図ることが可能となる。
図５は、実施例１の変形例２に係る発光装置１０Ｂの断面図である。図５は、発光装置１０Ｂにおける図１（ｂ）と同様の断面図である。発光装置１０Ｂは、透光樹脂ＴＲ２の構造を除いては、発光装置１０と同様の構造を有している。本変形例においては、透光樹脂ＴＲ２は、隣接する透光板３０間を充填し、透光板３０の上面と同一の高さ位置において平坦化された平坦部ＦＬＦを有している。
本変形例は、透光樹脂ＴＲにおける充填部ＦＬのより好ましい形状を示す例である。本変形例においては、発光装置１０における充填部ＦＬの上面が透光板３０の上面と同一の位置に設けられている。また、充填部ＦＬの上面は平坦化されている。充填部ＦＬがこのような平坦部ＦＬＦを有することによって、発光セグメントＥＳ内における取出し光の光量が均一化される。
具体的には、本変形例においては、透光板３０の各々は、その上面位置が同一の高さとなるように構成及び配置されている。また、平坦部ＦＬＦ及び透光板３０は同一の高さを有する上面を有している。従って、遮光膜ＬＢ間には透光性を有する部材である透光板３０及び透光樹脂ＴＲが一体的に形成されていると考えることができる。これによって、発光セグメントＥＳは平坦な光取出し面を有することとなり、発光セグメントＥＳ内で均一な取出し光を得ることが可能となる。
なお、平坦部ＦＬＦは、例えば、図２（ｃ）において説明した樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢの硬化前又は硬化後に、新たに樹脂ペーストを追加して透光板３０間を完全に樹脂ペーストで充填した後、樹脂ペーストを平坦化することで形成することが可能である。また、すでに樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢが透光板３０間の領域に完全に充填されている場合、当該充填されている樹脂ペーストＴＲＡ及びＴＲＢの上面を平坦化する（溢れ出ている部分を除去する）ことによっても、平坦部ＦＬＦを形成することができる。
また、平坦部ＦＬＦは、透光板３０を素子２０上に配置する前に形成することも可能である。例えば、透光板３０を個別に準備した段階において、複数の透光板３０の各々を樹脂ペーストによって一体化し、表面を平坦化する。そして、当該一体化した複数の透光板３０を、透光樹脂ＴＲ２が形成された発光素子２０の各々上に配置することで、平坦部ＦＬＦを有する透光樹脂ＴＲ２を有する発光装置１０Ｂを形成することができる。
なお、透光板３０間の透光樹脂ＴＲ２（すなわち充填部ＦＬ）は、その上面全体が平坦部ＦＬＦからなる場合に限定されない。透光樹脂ＴＲ２は、隣接する透光板３０間を完全に充填し、その一部又は全部の上面に平坦部ＦＬＦを有していればよい。例えば、透光樹脂ＴＲ２は、透光板３０の上面と同一の高さ位置に形成された平坦部ＦＬＦと、透光板３０の上面を越えて突出する突出部を有していてもよい。
なお、上記においては、発光素子２０の各々が上面視において矩形形状を有する場合について説明したが、発光素子の上面視における形状はこれに限定されない。例えば、発光素子は、三角形や六角形の形状を有していてもよい。また、発光素子２０の各々は、発光領域ＥＡの暗部形成の抑制を考慮すると、平面充填形にて配列されていることが好ましい。また、発光素子２０は、基板１１に垂直な方向から見た場合に多角形状を有していればよい。
また、発光素子２０の各々は、本実施例において示した構造ではなく、他の構造を有していてもよい。例えば、発光素子２０の一部又は全部は、フリップチップ実装によって電極が電源に接続された構造を有していてもよい。また、上記においては、空洞ＣＶ及びＣＶ１の下端は基板１１の上面として形成されている。すなわち、基板１１上の素子２０間の領域は、透光樹脂ＴＲが形成されず、その基板１１の材料が露出している。しかし、発光素子２０の形状や透光樹脂ＴＲの塗布量によっては、透光樹脂ＴＲが基板１１上における素子２０間の領域に部分的に又はその全体に形成されていてもよい。
また、透光板３０の上面は、平坦面として形成されている場合について説明したが、透光板３０の上面は、平坦面として形成されている場合に限定されない。例えば、光取出し効率を考慮すると、透光板３０の上面は、凹凸構造を有していることが好ましい。例えば、透光板３０の上面にサンドブラスト加工を行うことによって、透光板３０の上面に凹凸を形成することができる。また、例えば、透光板３０の上面に、部分的に樹脂部を形成することによって、透光板３０の上面に凹凸を形成することができる。この場合、透光樹脂ＴＲの充填部ＦＬの表面は、透光板３０と同様の凹凸構造を有していることが好ましい。
また、透光板３０のうち、最も外側の透光板３０における他の透光板３０に隣接しない側面部分においては、遮光膜ＬＢは形成されていてもよく、形成されていなくてもよい。当該最外部は発光領域ＥＡの外縁に対応する部分であるが、例えば、装置の照射像の輪郭を明確にすることが要求される用途においては、遮光膜ＬＢが形成されていることが望ましい。
本実施例においては、発光装置１０は、マトリクス状に配列された素子２０を有し、素子２０上にマトリクス状に配列された透光板３０を有する。また、隣接する透光板３０間において互いに対向する一方の透光板３０Ａの側面３０ＡＳ及び他方の透光板３０Ｂの側面３０ＢＳのうち、いずれか一方の側面を覆うように形成された遮光膜ＬＢを有している。従って、複数の並置された素子２０を用いる発光装置において、素子２０間での光のクロストークを抑制でき、また、素子間領域に対応する暗部の形成を抑制することができる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ （半導体）発光装置
１１ 搭載基板
１２ ｐ側配線（第１の配線、個別配線）
１３ ｎ側配線（第２の配線、共通配線）
２０、２０Ａ、２０Ｂ （半導体）発光素子
２１ 半導体構造層
２２ ｐ型半導体層（第１の半導体層）
２３ 発光層
２４ ｎ型半導体層（第２の半導体層）
３０、３０Ａ、３０Ｂ 透光板
３０Ｓ、３０ＡＳ、３０ＢＳ 側面
ＬＢ 遮光膜
ＴＲ 透光樹脂
１１ 搭載基板
１２ ｐ側配線（第１の配線、個別配線）
１３ ｎ側配線（第２の配線、共通配線）
２０、２０Ａ、２０Ｂ （半導体）発光素子
２１ 半導体構造層
２２ ｐ型半導体層（第１の半導体層）
２３ 発光層
２４ ｎ型半導体層（第２の半導体層）
３０、３０Ａ、３０Ｂ 透光板
３０Ｓ、３０ＡＳ、３０ＢＳ 側面
ＬＢ 遮光膜
ＴＲ 透光樹脂
Claims (7)
- 搭載基板と、
前記搭載基板上にマトリクス状に並置された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子上に形成された透光樹脂と、
前記透光樹脂上に形成され、各々が前記複数の発光素子の各々の上面全体を覆うように形成された複数の透光板と、
隣接する前記透光板間において互いに対向する一方の透光板の側面及び他方の透光板の側面のうち、いずれか一方の側面を覆うように形成された遮光膜と、を有することを特徴とする発光装置。 - 前記複数の発光素子の各々は、前記搭載基板上に、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層がこの順で順次積層された構造を有する半導体構造層を有し、
前記搭載基板上には、各々が前記第１の半導体層の各々に接続され、互いに電気的に分離された個別配線と、前記第２の半導体層の各々に接続された共通配線とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 - 前記透光樹脂は、前記複数の発光素子の各々を埋設するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記透光樹脂は、前記隣接する前記透光板間を充填するように形成された充填部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光装置。
- 前記透光樹脂は、前記隣接する前記透光板間を充填し、前記透光板の上面と同一の高さ位置において平坦化された平坦部を有することを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
- 前記透光樹脂は、前記搭載基板上における隣接する前記発光素子間の領域に延在する空洞を有し、
前記空洞は、前記隣接する前記発光素子の高さよりも大きな高さを有し、その上端が前記発光素子の高さ方向において前記発光素子と前記透光板との間に位置していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発光装置。 - 前記空洞は、前記空洞を充填するように形成された遮光部を有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
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