JP5450680B2

JP5450680B2 - 半導体発光装置

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Publication number: JP5450680B2
Application number: JP2012019765A
Authority: JP
Inventors: 秀一安食; 康之川上; 努赤木; 光範原田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: JP2012084930A

Description

本発明は、複数の半導体発光素子を配列してなる半導体発光装置に関し、特に、半導体素子の発光と、この発光を励起光として用い蛍光材料等により色変換された発光とを混色して得る色変換半導体素子を利用した半導体発光装置に関する。

半導体発光素子（以下、ＬＥＤチップ、あるいは単にチップともいう）を利用した半導体発光装置は、ヘッドランプ、街路灯、バックライト、ディスプレイ、一般照明など各種発光装置に利用されている。半導体発光装置では、白色光など所望の色の発光を得るために、発光素子と波長変換材料である蛍光体とを組み合わせたものが多用されている。このような色変換半導体素子を利用した半導体発光装置において、複数のＬＥＤチップを配列した発光装置に蛍光体層を配置する方法として、以下のような方法がある。

一つは、図１３（ａ）に示すように、基板121上に形成されたＬＥＤチップ122とコンタクト電極（図示せず）に、蛍光体を含む懸濁液を塗布・乾燥し、ＬＥＤチップの周囲に均一な膜厚の蛍光体層123を形成する方法である。この方法は、例えば、特許文献１に記載されている。もう一つの方法は、チップ形状に合わせたメタルマスクを使用してスクリーン印刷法により蛍光体層を形成する方法であり、特許文献２に記載されている。この方法では、図１３（ｂ）に示すように、蛍光体層123はチップ122上面のみならずチップ間にも設けられる。さらに別の方法は、図１３（ｃ）に示すように、個々のＬＥＤチップ122の上面に、蛍光体を含む樹脂分散液を塗布することによりチップ上面のみに蛍光体層123を形成する方法である。

また上述した３つの方法とは別に、配列した複数のＬＥＤチップから離れた位置に蛍光体層を配置する方法も提案されている（特許文献３）。

特表２００３−５２６２１２号公報特開２００６−３１３８８６号公報特開２００４−２８８７６０号公報

上述したＬＥＤチップに蛍光体層を直接形成する従来の方法では、複数のチップを配置して利用する際、上部から見た発光面内で、特にチップとチップの間で色度ムラおよび輝度ムラを生じるという問題があった。

具体的には、チップの個々を蛍光体層で被覆した場合、チップとチップの間では、発光が繰り返し反射するため蛍光体による色変換が多重に行なわれることから、黄色い光成分が多くなる。このため、チップ上面から見た場合、チップ直上の色度よりもチップ間は黄色く見えてしまう。また、チップとチップの間では発光部分がないため、チップ上面から見た場合、チップ間に暗い非発光部分が線状に見えてしまう。

またチップ全体を蛍光体層で被覆した場合は、チップとチップの間に存在する蛍光体、特に下側（基板側）に位置した部分の蛍光体には、他の部分に存在する蛍光体に比べ到達する励起光量が少ないため、励起光量の多いチップ直上部分と比較して相対的に蛍光体濃度が多いことになる。発光装置の色味は、チップが発光する色（励起光）と蛍光体が発光する色との混色であるため、チップ上面から見た場合、チップ直上の色味よりもチップ間が黄色く見えてしまう。

チップの個々の上面にのみ被覆した場合、チップ上面では均一な混色が得られるが、チップとチップの間には発光成分がないため、チップ上面から見た場合、白色のチップ間に暗い非発光部分が線状に見えてしまう。

このような発光装置（ＬＥＤパッケージ）を、凸レンズや反射鏡を組み合わせた光学系の光源として用いた場合、投射像に色ムラや輝度ムラが顕著に表れることになる。これらのムラを低減するために、発光部の上部に、光拡散・散乱効果を持つシリカ微粒子等の光拡散材を含有する層を設けているが、それでも色度ムラや輝度ムラの解消は十分ではなく、また光拡散層が光束低下の原因となるなど新たな問題を生じる。

一方、複数のＬＥＤチップに対し、チップ上面から間隔をあけて蛍光体層を配置した場合には、上述した色ムラや輝度ムラはかなり緩和される。しかしこのような構造の発光装置は、光源サイズを小型化することが困難である。光学設計を容易にするためには、光源サイズを小型化することが望まれる。

そこで、本発明はＬＥＤチップに直接蛍光体層を設けた発光装置であって、しかも色ムラや輝度ムラを大幅に低減した発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に互いの側面が間隙を有して配置された複数の半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの発光の少なくとも一部の光を波長変換する蛍光体を含有する蛍光体層とを備え、前記半導体発光素子は、不透明素子基板と該不透明素子基板上に形成された半導体積層部とから成り、前記蛍光体層は、前記複数の半導体発光素子の上面を覆い、前記複数の半導体発光素子の上部に架橋して配置され、隣接する半導体発光素子間において、前記基板と離間して形成され、前記半導体積層部の上面と側面が前記蛍光体層で覆われており、前記不透明素子基板の側面は、前記蛍光体層から露出していることを特徴とする。

複数個のＬＥＤチップの上面（実質的な発光部分）部分をつなぐ形で蛍光体層を形成することで、発光面内の輝度ムラ、色度ムラの少ない発光を得ることができる。

本発明の半導体発光装置の第１の実施の形態を示す図本発明の半導体発光装置に用いられる半導体素子を示す図図１の半導体発光装置の製造方法を説明する図本発明の半導体発光装置の第２の実施の形態を示す図本発明の半導体発光装置の第３の実施の形態を示す図本発明の半導体発光装置の第４の実施の形態を示す図本発明の半導体発光装置の第５の実施の形態を示す図本発明の半導体発光装置のその他の実施の形態を示す図実施例１および比較例のＬＥＤ装置の輝度分布を示す図実施例１および比較例のＬＥＤ装置の色度分布を示す図実施例２のＬＥＤ装置の輝度分布および色度分布を示す図実施例３のＬＥＤ装置の輝度分布および色度分布を示す図従来の半導体発光装置を示す図

以下、本発明の発光装置の実施の形態を説明する。
以下の実施の形態では、一例として、青色発光ＬＥＤ装置と、青色発光を励起光とし黄橙色に蛍光発光するＹＡＧ系蛍光体とを組み合わせ、補色の関係で混色して白色を得る、いわゆる白色ＬＥＤ装置を用い、一つの基板（パッケージ）上に複数個のＬＥＤチップを配置した構成を説明する。しかし、本発明はＬＥＤ素子と波長変換材料とを組み合わせて任意の発光を得る色変換発光素子であれば、白色ＬＥＤ装置に限定されるものではない。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第1の実施の形態を示す図で、（ａ）は４個のＬＥＤチップ102を一つの基板101上に配置した白色ＬＥＤ装置の側断面図、（ｂ）は同白色ＬＥＤ装置を上面から見た図である。図（ｂ）では、蛍光体層の下部に隠れているＬＥＤチップの一部を図示しているが、実際には全てのＬＥＤチップ上面を蛍光体層が覆っている。なお以下の説明において、個々のＬＥＤチップを、ＬＥＤチップまたはチップと呼び、４個のチップが配列したものをチップ列と呼ぶ。

ＬＥＤチップ102は、例えば素子基板上に、１ないし複数の導電型半導体層（ｎ型またはｐ型）が積層された構造を有し、素子基板の種類や半導体層の配置により、図２に示すような３つのタイプがある。type1のものは、不透明な素子基板上1022に半導体層1021が配置されたもので、半導体層側が光出射側となる。このタイプのチップは、ほぼランバーシアンな配向特性を有し、半導体層1021の厚みが素子基板の厚みに比べ非常に薄いため、また上面での発光面積に比べ側面の発光面積が小さいため、側面からの出力が上面からの出力に比べてきわめて小さい。type2は、透明な素子基板上1022に半導体層1021が配置されたもので、素子基板側が光出射側である。type3は、透明な素子基板上1022に半導体層1021が配置されたもので、半導体層側が光出射側である。type2及びtype3のチップは、透明な素子基板の側面からも光が出射されるため、側面からの出力が上面からの出力と同程度である。本発明の各実施の形態は、これらいずれのタイプのＬＥＤチップ102にも適用できるが、第１の実施の形態は、特に素子基板1022からの光の漏洩のないtype1のＬＥＤチップの好適である。

ＬＥＤチップ102には、上面に、半導体層1021をワイヤボンディングするのに必要なパッド部分102aが形成されている。図１に示すＬＥＤチップ102ではパッド部分102aが１箇所のみに形成されているが、２箇所以上に形成される場合もある。また、ＬＥＤチップ102の上面に電極が形成されない場合、つまり下面からのみ導通を得る場合もある。

本実施の形態の白色ＬＥＤ装置100では、図示するように、４個のＬＥＤチップ102が基板101上に所定の間隔を持って配置されるとともに、ＬＥＤチップ102の上面およびチップ間（間隔部分）の上部に連続して蛍光体層103が形成されている。すなわち蛍光体層103はチップとチップの間を架橋して形成されている。ＬＥＤチップ102上面のうち、ワイヤボンディングに必要なパッド部分102aは蛍光体層103を形成していない。

ＬＥＤチップ102の配置間隔Ｌ（μｍ）は、ＬＥＤチップから出射されるＬＥＤ光の指向特性により最適範囲は異なるが、通常は３０〜２５０μｍ、好ましくは５０〜１２０μｍの間である。配置間隔Ｌが長くなるとこの部分からの蛍光体粒子による発光が増え、黄色く見えてしまうことになる。

蛍光体層103の厚みＴ（μｍ）は、ＬＥＤチップの配置間隔Ｌとの関連もあるが、通常は５０〜４００μｍ、好ましくは５０〜２５０μｍの間である。蛍光体層の厚みが厚くなった場合、蛍光体層を導波する光路長が長くなる成分が増えることで、主に端面方向に、より黄色い蛍光成分が増え、色度ムラ、輝度ムラを生じやすくなる。

蛍光体層103は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂にＹＡＧ系蛍光体等の蛍光体を分散させた材料からなり、マスクを用いたステンシル印刷、スクリーン印刷等により膜形成することができる。或いは樹脂に蛍光体を分散させた材料からなる薄いシートを作製し、この蛍光体シートを接着剤等を用いてＬＥＤチップ102上面に貼着してもよい。前者の場合、蛍光体層用材料（塗布液）の印刷性や架橋しやすさを向上するため、塗布液にヒュームドシリカ等の増粘剤を添加し、塗布液の粘度を高め且つチクソ性を上げることが望ましい。

本実施の形態の白色ＬＥＤ装置100は、例えば、次のような方法で製造される。まず基板101上に４個のＬＥＤチップ102をダイボンディングした後、図３に示すように、チップ102の厚みとほぼ同じ厚みか若干薄い厚みのスペーサーマスク301を、チップ列の縦横二方向の両側に配置するとともに、上面に蛍光体層103の厚みと同じ厚みを有し、パッド部分102aを覆うように開口が設けられたメタルマスク302を配置し、スキージ303を用いたステンシル印刷の手法を用いて蛍光体層用塗布液を塗布・硬化し、蛍光体層103を形成する。最後に、各ＬＥＤチップ102のパッド部分102aをワイヤボンディングする。

尚、スペーサーマスク301は、図３に示す断面においては、チップの大きさより広い開口を有するものとなっているが、その開口は、他の断面においてチップの上面にあるワイヤボンディングパッドを覆うような形状を有している。そのため、印刷の際には、ワイヤボンディングパッド上にメタルマスクが接して載置され、ワイヤボンディングパッドに蛍光体層が形成されないようになっている。
このようにスペーサーマスクを用いることで、メタルマスクがたわみ印刷時にスキージがメタルマスクにひっかかるという不具合を解消できる。また、メタルマスクがたわむことにより、蛍光体層が設計厚みより薄く形成されることを防止することができる。

本実施の形態の他の製造方法として、蛍光体シートを用いる場合には、例えば、離型性のある耐熱フィルム上に、蛍光体層用材料を上述したメタルマスク302を用いてステンシル印刷し、硬化させて蛍光体シートを得る。一方、基板101上に４個のＬＥＤチップ102をダイボンディングし、各ＬＥＤチップ102のパッド部分102aをワイヤボンディングする。予めシリコーン系接着剤等の接着剤を塗布したチップ上面に蛍光体シートを貼着し、チップ上面およびチップ間の間隙上部に均一な蛍光体層が形成された白色ＬＥＤ装置を得る。

蛍光体シートを用いる方法は、パッド部分102aにワイヤボンディングを実施した後に蛍光体シートを配置するため、ワイヤボンディングパッドへの汚染を回避できる。またステンシル印刷による製造方法に比べ、チップの高さにバラツキがあっても、蛍光体層の厚みにバラツキは発生せず、高さに段差がある場合にも対応できる。さらに蛍光体シートをチップ上に配置する際、チップ端面と蛍光体シート端面とを、接着剤の表面張力によるセルフアライメント機能により位置あわせできるため、精度よく蛍光体シートを配置することができる。

本実施の形態では、チップ間を架橋するように蛍光体層103を形成し、チップ間、特に基板側に蛍光体を存在させない構成とすることにより、この蛍光体層103の架橋部分が両側のチップからの励起光により発光するため、チップ間に暗い線状の非発光部分が生じるのを低減し、また、到達励起光量に対する蛍光体量が過多となるのを防ぎ、輝度ムラや色度ムラを低減することができる。

さらに、本実施の形態では、ＬＥＤチップとＬＥＤチップとの間は、空気層となっているため、蛍光体層からの光が反射され、チップ間の輝度低下をより効果的に防ぐことができる。ＬＥＤチップ間が透明樹脂等で満たされている場合には、チップ間の透明樹脂部に入射した蛍光体層からの光が、チップ側面や基板上面で吸収されることにより、ＬＥＤチップ間の輝度低下を生じるためである。従って、ＬＥＤチップとＬＥＤチップ間は、空気層、あるいは、後述するような、反射層、散乱層、が形成されることが好ましい。そして、本発明のＬＥＤ装置を封止する場合には、少なくともＬＥＤチップ間に反射材や散乱材の添加されていない透明樹脂が充填されないことが好ましい。

＜第２の実施の形態＞
図４に、第２の実施の形態の白色ＬＥＤ装置を示す。本実施の形態は、チップ間に蛍光体層103を架橋して形成することは第１の実施の形態と同じであるが、ＬＥＤチップ102の半導体層1021が素子基板1022より小さく、蛍光体層103が半導体層1021の上面のみならず側面も覆うように形成されている点が第１の実施の形態と異なる。上記以外のＬＥＤチップ102の構造および蛍光体層の材料は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。

本実施の形態の白色ＬＥＤ装置は、例えば、蛍光体層用塗布液を塗布する方法によって蛍光体層を作製する際に、スペーサーマスク301として、素子基板1022の厚みと同程度の厚みのものを用い、メタルマスク302として、半導体層1021の厚みとその上面に形成される蛍光体層の厚みの合計の厚みを有するものを用いる。これにより、図４（ａ）に示すように、半導体層1021全体を覆い、且つチップ間を架橋した蛍光体層103が形成される。

本実施の形態の白色ＬＥＤ装置は、図２に示す３つのタイプのＬＥＤチップのいずれにも適用できるが、特に、側面からの出力が上面からの出力に比べて極めて小さい、type1のＬＥＤチップに好適である。なお蛍光体層103は、図４（ｂ）に矢印で示すように、端部を完全に覆うために張り出した形状としてもよい。

本実施の形態の白色ＬＥＤ装置においても、チップ間を架橋して蛍光体層103を設けたことにより、チップ間に生じる暗い線状の非発光部分を少なくすることができ、色度ムラ、輝度ムラを低減できる。また本実施の形態では、発光部である半導体層全体を蛍光体層が覆っているので半導体層から発生する光を有効に利用することができ、しかも図１３（ｂ）に示すＬＥＤ装置に比べ、チップ間に存在する蛍光体層103の厚みを小さくできるので、チップ上面とチップ間との各励起光量に対する相対的な蛍光体濃度差に起因した色味の差、即ち色度ムラを低減することができる。

＜第３の実施の形態＞
図５は、第３の実施の形態のＬＥＤ装置を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線横断面図である。

本実施の形態のＬＥＤ装置は、配列したＬＥＤチップ列の縦横二方向の両側面にも蛍光体層が形成されている点が第１の実施の形態と異なる。その他の構成は第１の実施の形態と同じである。本実施の形態のＬＥＤ装置は、図２に示す３つのタイプのうち、特に透明素子基板と半導体層とからなり、側面からの出力が上面からの出力と同程度であるtype2、type3のＬＥＤチップを用いた好適である。チップ列の側面をも蛍光体層103で覆うことにより、側面からの出力を励起光として側面側に設けた蛍光体層を発光させてＬＥＤ装置全体としての出力を高めることができる。

なおＬＥＤチップ列の両側面に形成する蛍光体層の代わり、白色顔料や反射材を含有する樹脂等からなる反射層を設けることも可能である。側面に設ける蛍光体層或いは反射層は、例えば、上面の蛍光体層を形成する前に、チップの間隙にスペーサーマスクを挿入してステンシル印刷を複数回行なう、或いは蛍光体シートや反射シートをチップ列の周囲に貼着するなどの方法で形成することができる。

＜第４の実施の形態＞
本実施の形態のＬＥＤ装置の一例を図６に示す。図示するように、本実施の形態では、蛍光体層103を形成する前にチップ102間に充填剤を充填し、リブ104を形成する。本実施の形態では、リブ104の高さを調整することにより、チップ上面の蛍光体層103の厚みとチップ間の間隙に位置する蛍光体層の厚みを異ならせることができ、またリブの材料として反射率の高い材料を用いることにより、チップ間の輝度の低下を低減することができる。

リブ104の高さは、チップ102の厚みより高いことが好ましく、具体的には、チップ上面を超えている高さがチップ上の蛍光体層の厚みの１／４以上高いことが好ましい。つまり、チップ間を架橋する部分の蛍光体層の厚みが、チップ上面の蛍光体層の厚みの３／４以下となることが好ましい。充填剤は、特に限定されないが、樹脂が用いることができる。特に、白色顔料や反射性粒子などの反射材を含む樹脂または散乱材を含む樹脂が好適であり、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂等の微粒子を添加することができる。反射性の充填材を用いることにより、また散乱材を含む樹脂を用いることにより、チップ間部分で吸収される光量が減少し、光が反射し上面へ取り出され、チップ間部分の輝度低下を防止することができる。

本実施の形態のＬＥＤ装置も、第１〜第３の実施の形態と同様に、基板上に配列したチップの上に、メタルマスク等を用いたステンシル印刷法により蛍光体層を形成した後に、チップのパッド部にワイヤボンディングすることにより製造することができる。

なお図では、チップ列の上側だけに蛍光体層を設けたＬＥＤ装置を示したが、第３の実施の形態と同様に、チップ列の両側にも蛍光体層を設けてもよい。この場合、図中、長手方向の両側にある充填剤はそのままとし、それと直交する方向（紙面の表裏方向）の両側のみに蛍光体層を設けてもよいし、長手方向の両側にある充填剤に代えて蛍光体層を設けてもよい。チップのタイプにより適宜選択することができる。

本実施の形態のＬＥＤ装置は、チップ間に充填剤を設けるという製造工程が必要となるが、チップ間が空隙である場合に比べ、塗工による蛍光体層の形成が容易になる。またリブの高さ、すなわちチップ間に位置する蛍光体層の厚みを調整することにより、色味を調整することができ、より色度ムラのないＬＥＤ装置を得ることができる。

＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態のＬＥＤ装置は、チップ間に存在する蛍光体層の厚みをチップ上面に存在する蛍光体層の厚みより薄くした点が異なる。上述した第１〜第３の実施の形態では、蛍光体層の厚みは均一であるか、チップ間に存在する蛍光体層の厚みの方が厚い。ＬＥＤ装置の発光色は、チップが発光する色と蛍光体が発する色との混色であるため、チップからの発光量が少ないチップ間では、蛍光体の厚みがチップ上面と同じか厚い場合には、蛍光体からの色が優位となり、黄色味を帯びる蛍光が強くなる。これに対し、本実施の形態では、チップ間に存在する蛍光体層の厚みを、上面の蛍光体層の厚みより薄くすることにより、色味の不均一を低減することができる。

第５の実施の形態のＬＥＤ装置は、蛍光体層の厚みを異ならせるために、厚みが異なる部分を有する蛍光体シートを用いる。図７（ａ）、（ｂ）に、本実施の形態のＬＥＤ装置の側断面図を示す。

図示するように、本実施の形態で用いる蛍光体シート1031には、チップの配列ピッチと同じピッチで、チップ間の間隙とほぼ同じ径を有する凹部103aが表面に形成されている。このような蛍光体シート1031は、金型を用いた射出成型或いは第１の実施の形態と同様に離型性フィルム上にステンシル印刷で作製した蛍光体膜を硬化する前に型押し処理を施す、または凸部を形成した離型性フィルム上にステンシル印刷するなどの方法により作製することができる。図では、凹部103aは断面が半円形状のものを示しているが、Ｖ字状、コの字状など任意の形状とすることができる。シートを作製する際の離型性や強度の点からは、半円形状が好適である。

図７（ａ）に示すＬＥＤ装置は、このような蛍光体シート1031を、凹部103aが形成された面が上面（光出射側）となるようにチップ列に接着剤105等で接着し、蛍光体層としたものである。図７（ｂ）に示すＬＥＤ装置は、蛍光体シート1031の、凹部103aが形成されていない面が上面（光出射側）となるようにチップ列に接着剤105等で接着したものである。いずれの場合も、蛍光体シート1031は凹部103aとチップ間の間隙とが一致するように配置される。

本実施の形態では、第４の実施の形態と同様に、チップ間に存在する蛍光体層の厚みを、上面の蛍光体層の厚みより薄くすることにより、色味の不均一をより低減することができる。チップ間に存在する蛍光体層の厚みを薄くするという点では、図７（ａ）、（ｂ）に示すＬＥＤ装置のいずれも同じ効果を有するが、接着剤105のはみ出しが少なく、はみ出した接着剤部分からの光漏れを防ぐ点で図７（ｂ）に示すＬＥＤ装置がより好ましい。また本実施の形態では、蛍光体シートを用いることにより、ワイヤーボンディングパッドへの汚染が回避でき、チップの高さにバラツキがあっても所望の厚みの蛍光体層を形成することができる。

＜その他の実施の形態＞
以上、本発明の発光装置の第１〜第５の実施の形態を説明したが、本発明の発光装置はこれら実施の形態を適宜組み合わせることや、他の要素を組み合わせることも可能であり、蛍光体層の形状を変更するも可能である。
例えば、蛍光体層の形状として、板状のもの及びチップ間隙に対応する凹部を有するものを例示したが、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズの様なカマボコ型形状を形成することも可能である。
また板状の蛍光体層上に、さらに高屈折率の樹脂層や、光散乱効果を目的としたシリカ粒子等の光散乱材を含む樹脂層等、蛍光体粒子を含まない層を積層して異なる形状を作り込むことも可能である。
さらに蛍光体シートを用いる場合にも、リブ形成することも可能である。

［実施例１］
一辺の長さが９８０μｍのＬＥＤチップをセラミック製パッケージ（基板）上に、チップ間隔L=２００μｍで４個を配置した。このＬＥＤチップ上にステンシル印刷（メタルマスク印刷）の手法を用いて蛍光体層を２００μｍの厚みで形成した。

蛍光体層の形成は、シリコーン系熱硬化樹脂に対して２７ｗｔ％のＹＡＧ系蛍光体と、粘度調整を目的として１３ｗｔ％のヒュームドシリカを混合した蛍光体分散液を使用し、厚み２００μｍのステンレス製ステンシル（メタルマスク）を使用して印刷をおこなった。蛍光体層を印刷後、１５０℃で２時間加熱し、シリコーン樹脂を硬化させて、実質的にメタルマスクの厚みと同じ厚み蛍光体層を形成した。その後、ＬＥＤチップ上面のパッド部分に対し金線をワイヤボンディングし、図１に示す構造のＬＥＤ装置を作製した。蛍光体層の下のチップ間部分は空気層が形成されている。

［比較例１］
実施例１と同じＬＥＤチップが配列させたＬＥＤ装置を用い、電気泳動電着法にて蛍光体粒子を付着させ、個々のチップを覆い、その後、シリコーン系熱硬化樹脂にて表面をコーティングし、図１３（ａ）に示す構造のＬＥＤ装置を製造した。蛍光体層の厚みは約３０μｍであった。

［比較例２］
実施例１と同じＬＥＤチップが配列させたＬＥＤ装置を用い、シリコーン系熱硬化樹脂に対して２７ｗｔ％のＹＡＧ系蛍光体を含有せしめた蛍光体分散液でチップ列とチップ間を覆い、図１３（ｂ）に示す構造のＬＥＤ装置を製造した。蛍光体層の厚みは約２００μｍであった。

実施例１および比較例１、２で製造したＬＥＤ装置について、輝度分布及び色度分布を測定した。輝度分布測定の結果を図９（ａ）〜（ｃ）に示す。（ａ）は比較例１、（ｂ）は比較例２、（ｃ）は実施例１の結果である。図は、パッケージ直上から測定した発光面内の輝度分布を長手方向断面でプロットしたものを示しており、最高輝度を１００％として規格化してある。横軸はパッケージ上におけるＬＥＤチップの相対位置である（中央をゼロとした）。
図の結果から、実施例１のＬＥＤ装置では、チップとチップの間の輝度ムラ（最高輝度に対する輝度の低下割合、図では谷間に見える部分）が少ないことがわかる。

色度分布測定の結果を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。（ａ）は比較例１、（ｂ）は比較例２、（ｃ）は実施例１の結果である。図は、パッケージ直上から測定した発光面内の色度分布を長手方向断面でプロットしたものを示しており、チップ上での色度（ＣＩＥ１９３１のｘおよびｙ値）を元にして、色度変化分をプロットした。横軸はパッケージ上におけるＬＥＤチップの相対位置である（中央をゼロとした）。
図の結果から、実施例１のＬＥＤ装置では、チップとチップの間に現れる色度差（実線がｘ値、点線がｙ値）が小さいことがわかる。特にｙ値（点線）の変化幅が少ない。これは黄色く見え難いことを意味している。

［実施例２］
一辺の長さが９８０μｍ、高さ１００μｍのＬＥＤチップをセラミック製パッケージ（基板）上に、厚み約３０μｍのＡｕＳｎからなる導電性接着剤を介してチップ間隔L=１００μｍで４個を配置した。３カ所あるチップ間に酸化チタンを３０〜４０％含む1成分加熱硬化型接着性液状シリコーン樹脂（白色）を注入・充填し、その後加熱硬化してチップ間を埋めた。酸化チタンを添加したシリコーン樹脂の高さは、約１２０μｍであり、基板上に導電性接着剤を介して配置されているチップの上面より低くなっている。このＬＥＤチップ上に、実施例１と同様に、ステンシル印刷（メタルマスク印刷）の手法を用いて厚み２００μｍの蛍光体層を形成した。その後、ＬＥＤチップ上面のパッド部分に対し金線をワイヤボンディングし、図６（ａ）に示す構造のＬＥＤ装置を作製した。

実施例２のＬＥＤ装置についても、実施例１と同様に、パッケージ直上から発光面内の輝度分布および色度分布を測定した。結果を図１１（ａ）、（ｂ）に示す。（ａ）は輝度分布、（ｂ）は色度分布である。実施例２のＬＥＤ装置では、チップ間の蛍光体による発光が、白色の充填材により反射し上面へ取り出されることにより、チップ間部分の輝度低下を防ぐことで面内の輝度ムラが低減でき、また色度ムラも小さくなっていることがわかる。

なお本実施例においては、チップ間に充填される樹脂（リブ）高さは、チップ上面より低く形成されているが、図６（ｂ）のようにチップ高く形成するものとしてもよい。チップ上面以上の高さのリブを形成する場合には、マスクを用いた印刷法により形成することができる。

［実施例３］
一辺の長さが９８０μｍ、高さ１００μｍのＬＥＤチップをセラミック製パッケージ（基板）上に、約３０μｍ厚みのＡｕＳｎからなる導電性接着剤を介して、チップ間隔Ｌ＝１００μｍで４個配置した。
平均粒径Ｄ_５０（分散前）が２１ｎｍの酸化チタンを２３ｗｔ％、ヒュームドシリカからなる増粘材を９ｗｔ％分散したシリコーン樹脂を用いて、メタルマスクを用いて印刷後、加熱硬化し、チップ間に高さ２００μｍのリブを形成した。その後、ＬＥＤチップ上面とリブ上にメタルマスク印刷の手法を用いて、チップ上の厚みが２００μｍ、リブ上が約１３０μｍの、上面が平坦な蛍光体層を形成した。その後、ＬＥＤチップ上面のパッド部分に対し金線をワイヤボンディングし、図６(ｂ)に図示するＬＥＤ装置の両端のリブのない構成のＬＥＤ装置を作製した。

実施例３のＬＥＤ装置についても、実施例１と同様に、パッケージ直上から発光面内の輝度分布および色度分布を測定した。結果を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。（ａ）は輝度分布、（ｂ）は色度分布である。実施例３のＬＥＤ素子ではチップ間の蛍光体による発光が、リブにより反射し上面へ取り出されることにより、チップ間部分の輝度低下を防ぐことで面内の輝度ムラが低減でき、また色度ムラも小さくなった。

本発明は、白色ＬＥＤ、ＬＥＤヘッドランプ、ＬＥＤ街路灯、バックライト、ディスプレイ、一般照明に利用できる。特に、凸レンズや反射鏡を利用して、発光面を光源像として投射（プロジェクション）する光学系を使用するＬＥＤ、ヘッドランプ用パッケージ、街路灯用パッケージ等の、発光面の色度ムラや輝度ムラがそのまま投影される発光装置に有用である。

101・・・基板（パッケージ）、102・・・半導体発光素子（ＬＥＤチップ）、102a・・・パッド部分、1021・・・素子基板、1022・・・半導体積層部、103・・・蛍光体層、1031・・・蛍光体シート、1032・・・凹部、105・・・接着剤

Claims

基板と、前記基板上に互いの側面が間隙を有して配置された複数の半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの発光の少なくとも一部の光を波長変換する蛍光体を含有する蛍光体層とを備え、前記半導体発光素子は、不透明素子基板と該不透明素子基板上に形成された半導体積層部とから成り、
前記蛍光体層は、前記複数の半導体発光素子の上面を覆い、前記複数の半導体発光素子の上部に架橋して配置され、隣接する半導体発光素子間において、前記基板と離間して形成され、
前記半導体積層部の上面と側面が前記蛍光体層で覆われており、
前記不透明素子基板の側面は、前記蛍光体層から露出していることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１に記載の半導体発光装置であって、
前記発光素子は、前記半導体積層部側が光出射側であることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１又は２に記載の半導体発光装置であって、
前記半導体積層部は、前記不透明素子基板より小さいことを特徴とする半導体発光装置。
請求項１ないし３いずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
複数の半導体発光素子の間隙に反射部材あるいは散乱部材が充填されていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１ないし４いずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
前記蛍光体層の側面は、前記不透明素子基板の側面から張り出して形状に形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１ないし５いずれか１項に記載の半導体発光装置であって、
前記蛍光体層は、蛍光体層用塗布液を塗布して形成されていることを特徴とする半導体発光装置。