JP6622032B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関し、特に、半導体発光素子を有する発光装置に関する。
近年、青色光を出力する発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体発光素子が実用化されており、さらに波長の短い深紫外光を出力する発光素子の開発が進められている。深紫外光は高い殺菌能力を有することから、深紫外光の出力が可能な半導体発光素子は、医療や食品加工の現場における水銀フリーの殺菌用光源として注目されている。また、出力波長を問わず、より発光強度の高い半導体発光素子の開発が進められている。
半導体発光素子の内部にて生じる光は、空気との界面を通じて外部に取り出されるが、その光の一部は、発光素子と空気の屈折率差によって生じる全反射のために外部に取り出すことができない。このような全反射に起因する光取り出し効率の低下を改善するために、発光素子よりも屈折率の低い物質によって発光素子の界面が被覆される。このような物質として、例えば、耐光性の高いシリコーン樹脂（例えば、特許文献１参照）やフッ素樹脂などが利用される（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−２０４８４０号公報 特開２０１１−３５２３６号公報
紫外光や深紫外光といった波長のより短い光を出力する発光素子の場合、出力光のエネルギーが大きいために、発光素子が発する光によって被覆する樹脂が光分解を起こして劣化するという懸念がある。シリコーン樹脂と比べて結合エネルギーの高いフッ素樹脂は、紫外光への耐光性が高いとされるが、半導体発光素子や発光素子を封止するためのパッケージとの密着性が低いために樹脂が剥離してしまうおそれがある。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子を有する発光装置の信頼性を高める技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光装置は、光出射面を有する半導体発光素子と、少なくとも光出射面の一部を被覆する樹脂組成物と、を備える。樹脂組成物は、飽和結合のみを有する非晶質全フッ素化樹脂と、密着性基を有するフッ素樹脂とを含む。
この態様によると、結合エネルギーの高い非晶質全フッ素化樹脂と、密着性を有するフッ素樹脂とを組み合わせて用いることにより、耐光性の優れた非晶質全フッ素化樹脂を密着性基を有するフッ素樹脂によって好適に接着させることができる。これにより、非晶質全フッ素化樹脂のみを用いる場合と比べて樹脂の剥離を防ぐことができる。また、飽和結合と比べて結合エネルギーの低い密着性基を有するフッ素樹脂のみを用いる場合と比べて、樹脂の耐光性を高めることができる。これにより、樹脂の劣化および剥離を防いで、発光装置の信頼性を高めることができる。
樹脂組成物は、密着性基の含有率が４×１０−６重量％以上、１×１０−３重量％以下であってもよい。
樹脂組成物は、密着性基の含有率が２×１０−５重量％以上、５×１０−４重量％以下であってもよい。
樹脂組成物は、密着性基を有するフッ素樹脂の含有モル分率が０．１モル％以上、２０モル％以下であってもよい。
樹脂組成物は、密着性基を有するフッ素樹脂の含有モル分率が０．５モル％以上、１０モル％以下であってもよい。
密着性基を有するフッ素樹脂は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、シラノール基、エポキシ基およびアクリル基の少なくとも一つを含んでもよい。
半導体発光素子は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力してもよい。
本発明によれば、半導体発光素子を有する発光装置の信頼性を高めることができる。
第１の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 ダイシェア試験の様子を模式的に示す図である。 第２の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第３の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第４の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第５の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第６の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第７の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第８の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 変形例に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第９の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 第１０の実施の形態に係る発光装置の一例を概略的に示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の発光素子の寸法比と一致しない。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１００を概略的に示す断面図である。発光装置１００は、半導体発光素子１０と、パッケージ２０とを備える。パッケージ２０は、半導体発光素子１０が実装されるパッケージ基材３０と、半導体発光素子１０を被覆する保護層４０とを含む。半導体発光素子１０は、パッケージ基材３０の上に実装されている。
半導体発光素子１０は、中心波長λが約３５５ｎｍ以下となる「深紫外光」を発するように構成されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップである。このような波長の深紫外光を出力するため、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に、中心波長λが約２４０ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外光を発する場合について示す。
半導体発光素子１０は、半導体積層構造１２と、光出射面１４と、第１素子電極１６と、第２素子電極１８とを有する。
半導体積層構造１２は、光出射面１４となる基板上に積層されるテンプレート層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層などを含む。半導体発光素子１０が深紫外光を出力するように構成される場合、光出射面１４となる基板としてサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板が用いられ、半導体積層構造１２のテンプレート層として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層が用いられる。また、半導体積層構造１２のクラッド層や活性層はＡｌＧａＮ系半導体材料で構成される。
第１素子電極１６および第２素子電極１８は、半導体積層構造１２の活性層にキャリアを供給するための電極であり、それぞれがアノード電極またはカソード電極として機能する。第１素子電極１６および第２素子電極１８は、光出射面１４と反対側の位置に設けられる。第１素子電極１６は、パッケージ基材３０の第１内側電極３６に取り付けられ、第２素子電極１８は、パッケージ基材３０の第２内側電極３８に取り付けられる。
パッケージ基材３０は、金属または樹脂ベースのプリント基板や、セラミック多層基板などであり、放熱性の高い材料で構成される。パッケージ基材３０には、半導体発光素子１０が取り付けるための第１内側電極３６および第２内側電極３８と、発光装置１００を外部基板などに実装するための第１外側電極３２および第２外側電極３４とが設けられる。
保護層４０は、半導体発光素子１０およびパッケージ基材３０の上を被覆するように設けられ、半導体発光素子１０を封止して保護する。保護層４０は、例えば、半導体発光素子１０の光出射面１４および側面の全てを被覆するように設けられる。なお、保護層４０は、光出射面１４のみを被覆するように設けられてもよいし、光出射面１４の一部のみを被覆するように設けられてもよい。光出射面１４の少なくとも一部に保護層４０を設けることで、光出射面１４における光取り出し効率を高めることができる。
保護層４０は、二種類のフッ素樹脂を含む樹脂組成物で構成される。保護層４０を構成する樹脂組成物には、飽和結合のみを有する非晶質全フッ素化樹脂（以下、第１樹脂ともいう）と、密着性基を有するフッ素樹脂（以下、第２樹脂ともいう）とが含まれる。
第１樹脂である「飽和結合のみを有する非晶質全フッ素化樹脂」として、旭硝子株式会社製のサイトップＳ（ＣｙｔｏｐＳ；登録商標）、デュポン製のテフロン（登録商標）ＡＦなどが挙げられる。第１樹脂は、飽和結合のみを有するとともに全フッ素化されているため、結合エネルギーが高く、深紫外光のようなエネルギーの高い光に対しても優れた耐光性を有する。また、第１樹脂は、非晶質性を有するために深紫外光を含む幅広い波長域において高い透過率を有する。その一方で、全フッ素化されているために半導体発光素子１０やパッケージ基材３０などの無機材料との接着性が低く、保護層４０として用いる場合に剥離しやすいという難点がある。特に、発光素子の点灯および消灯を繰り返すと素子温度の変化によって熱応力が生じ、その応力によって樹脂が剥離しやくなると考えられる。
第２樹脂である「密着性基を有するフッ素樹脂」は、密着性基としてヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、シラノール基などの極性基や、エポキシ基またはアクリル基などの反応性基を含むフッ素樹脂である。このような第２樹脂として、シランカップリング剤（例えば、信越シリコーン株式会社製のＫＢＭ−７１０３）、トリメトキシ(１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロデシル)シラン、パーフルオロオクタン酸、非晶質フッ素樹脂（旭硝子株式会社製のサイトップＡ（ＣｙｔｏｐＡ；登録商標）、サイトップＥ（ＣｙｔｏｐＥ；登録商標）、ソルベイ製のアルゴフロン（登録商標）ＡＤ）などが挙げられる。第２樹脂は、密着性基を有するために半導体発光素子１０やパッケージ基材３０などの無機材料との接着性が高い。その一方で、密着性基の結合エネルギーが低いため、深紫外光のようなエネルギーの高い光に対する耐久性が低く、光分解しやすいという難点がある。
本発明者らは、このような特性を有する第１樹脂と第２樹脂を適切な比率で混合させた樹脂組成物を用いることにより、耐光性と密着性の双方の要求を満たすことができることを見いだした。樹脂組成物を実質的に第１樹脂と第２樹脂のみで構成するとともに、第２樹脂の含有モル分率が０．１モル％以上、２０モル％以下となるように調製することで、耐光性および密着性の双方の優れた保護層４０を提供できることを見いだした。例えば、第２樹脂としてカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有するサイトップＡなどの樹脂を用いる場合、カルボキシル基の含有率が４×１０−６重量％以上、１×１０−３重量％以下となるようにすれば、耐光性および密着性の双方の優れた保護層４０を提供できることがわかった。
第２樹脂の含有モル分率を０．１モル％以上とすることにより、第２樹脂に含まれる密着性基が光出射面１４の全体をカバーするようになり、半導体発光素子１０と保護層４０の密着性を向上させることができると考えられる。また、第２樹脂の含有モル分率を２０モル％以下とすることにより、密着性基の光分解によって発生するガスが溜まって保護層４０が剥離したり、光分解によって生じる酸により電極が腐食したりする影響を防ぐことができる。
なお、第２樹脂の含有モル分率は、０．５モル％以上、１０モル％以下とすることが好ましい。例えば、第２樹脂としてカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を有する樹脂を用いる場合、カルボキシル基の含有率が２×１０−５重量％以上、５×１０−４重量％以下となるようにすることが好ましい。このような含有モル分率もしくは密着性基の含有率とすることで、密着性基による光出射面１４の被覆率を高くすることができ、膜厚の比較的大きい保護層４０を形成した場合に生じる比較的大きな熱応力の影響によって半導体発光素子１０から保護層４０が剥離することを防ぐことができる。また、密着性基の含有量を小さくすることにより、密着性基による水分の吸収を抑えることができ、保護層４０のマイグレーション耐性を高めることができる。さらには、第２樹脂として機械的特性や耐熱性の劣る材料を用いる場合であっても、第２樹脂の含有量を抑えることで保護層４０の封止機能を維持させることができる。
以下に、実施例に基づいて本実施の形態を詳細に説明するが、本実施の形態はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
（樹脂組成物の評価方法）
発光装置の光出力特性を評価するために、作製した発光装置１００を２０ｍＷの光出力で５００時間点灯させた場合の光出力の変化を計測した。光出力の変化が２０％未満であったものを良好（○）、光出力の変化が２０％以上であったものを不良（×）とした。なお、発光装置１００の点灯試験後に電極付近を観察することにより、樹脂組成物の耐光性を評価した。
保護層の密着性を評価するために、発光装置１００の点灯および消灯を繰り返した後の半導体発光素子１０と保護層４０の状態を観察した。発光装置１００の２４時間点灯と２４時間消灯を１００回繰り返した後に、半導体発光素子１０と保護層４０の間の剥離状態を光学顕微鏡で観察し、剥離が一切確認できなかったものを良好（○）、一部でも剥離がみられたものを不良（×）とした。
樹脂組成物の密着性を評価するために、ダイシェア試験およびクロスカット試験を実施した。図２は、ダイシェア試験の様子を模式的に示す図である。ダイシェア試験は、サファイアチップ５１を樹脂組成物５２を用いてサファイア基板５３の上に接着して作製した試験片５０に対して実施した。ダイシェア試験では、サファイアチップ５１を剥離させるのに必要な剪断強度を試験ツール５５を用いて計測し、樹脂組成物５２の密着力を評価した。クロスカット試験は、サファイアチップに樹脂組成物を塗布して作製した試験片に対して実施した。
表１および表２は、下記に示す実施例および比較例の条件をまとめたものである。表１は、樹脂組成物としてサイトップＳとサイトップＡを用いた実施例１〜６、比較例１，２の条件を示し、表２は、樹脂組成物としてサイトップＳとアルゴフロンＡＤを用いた実施例７〜１０、比較例３，４の条件を示す。
Figure 0006622032
Figure 0006622032
（実施例１）
波長３００ｎｍの紫外光を発する半導体発光素子をパッケージ基板に搭載し、そこに第１樹脂としてサイトップＳを９９．９モル％、第２樹脂としてサイトップＡを０．１モル％含有する樹脂組成物を溶媒に希釈したものを塗布し、２００℃で１時間乾燥して樹脂封止することで発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が３倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は２％であり、良好な結果が得られた。
（実施例２）
第１樹脂としてサイトップＳを９９．５モル％、第２樹脂としてサイトップＡを０．５モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が６倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例３）
第１樹脂としてサイトップＳを９９モル％、第２樹脂としてサイトップＡを１モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が６倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例４）
第１樹脂としてサイトップＳを９５モル％、第２樹脂としてサイトップＡを５モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が７倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例５）
第１樹脂としてサイトップＳを９０モル％、第２樹脂としてサイトップＡを１０モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が７倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例６）
第１樹脂としてサイトップＳを８０モル％、第２樹脂としてサイトップＡを２０モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。なお、評価後の電極を観察したところ、電極に軽微な変色箇所が見られた。これは、第２樹脂に含まれる密着性基であるカルボキシル基の一部が光分解して腐食性の物質を発生させたためであると考えられる。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が６倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例７）
第１樹脂としてサイトップＳを９９．５モル％、第２樹脂としてアルゴフロンＡＤを０．５モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。つまり本実施例では、第２樹脂としてサイトップＡの代わりアルゴフロンＡＤを用いて実施例２と同様の条件で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例８）
第１樹脂としてサイトップＳを９９モル％、第２樹脂としてアルゴフロンＡＤを１モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。つまり本実施例では、第２樹脂としてサイトップＡの代わりアルゴフロンＡＤを用いて実施例３と同様の条件で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例９）
第１樹脂としてサイトップＳを９５モル％、第２樹脂としてアルゴフロンＡＤを５モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。つまり本実施例では、第２樹脂としてサイトップＡの代わりアルゴフロンＡＤを用いて実施例４と同様の条件で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（実施例１０）
第１樹脂としてサイトップＳを９０モル％、第２樹脂としてアルゴフロンＡＤを１０モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。つまり本実施例では、第２樹脂としてサイトップＡの代わりアルゴフロンＡＤを用いて実施例５と同様の条件で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
つづいて、上記実施例に対する比較例について説明する。
（比較例１）
第１樹脂としてサイトップＳを９９．９５モル％、第２樹脂としてサイトップＡを０．０５モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であったが、密着性の評価は不良（×）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較した剪断強度の向上量は１０％以下であった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は７０％であり、密着性が低いことが分かった。
（比較例２）
第１樹脂としてサイトップＳを５０モル％、第２樹脂としてサイトップＡを５０モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。光出力特性を評価したところ、通電中に第１素子電極と第２素子電極の間でリークが発生し、光出力が２０％以上低下したことから、光出力特定は不良（×）であった。密着性の評価は良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、実施例６と比較してより大きな面積で電極の変色が見られた。これは、第２樹脂に含まれる密着性基であるカルボキシル基の一部が光分解して腐食性の物質を発生させたためであると考えられる。
また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してダイシェア試験を実施したところ、サイトップＳのみで接着させた試験片と比較して剪断強度が７倍に向上することが分かった。また、同様の試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（比較例３）
第１樹脂としてサイトップＳを９９．９５モル％、第２樹脂としてアルゴフロンＡＤを０．０５モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。つまり本比較例では、第２樹脂としてサイトップＡの代わりアルゴフロンＡＤを用いて比較例１と同様の条件で発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であったが、密着性の評価は不良（×）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してクロスカット試験を実施したところ、剥離面積は７０％であり、密着性が低いことが分かった。
（比較例４）
第１樹脂としてサイトップＳを５０モル％、第２樹脂としてアルゴフロンＡＤを５０モル％含有する樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法で発光装置を作製した。つまり本比較例では、第２樹脂としてサイトップＡの代わりアルゴフロンＡＤを用いて比較例２と同様の条件で発光装置を作成した。光出力特性を評価したところ、通電中に第１素子電極と第２素子電極の間でリークが発生し、光出力が２０％以上低下したことから、光出力特定は不良（×）であった。密着性の評価は良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、実施例６と比較してより大きな面積で電極の変色が見られた。これは、第２樹脂に含まれる密着性基であるカルボキシル基の一部が光分解して腐食性の物質を発生させたためであると考えられる。また、同じ樹脂組成物を用いてサファイアチップとサファイア基板を接着させた試験片に対してクロスカット試験を実施したところ剥離面積は０％であり、良好な結果が得られた。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置２００を概略的に示す断面図である。発光装置２００は、半導体発光素子１０が載置されるパッケージ１２０に反射板１２２が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。以下、発光装置２００について相違点を中心に説明する。
発光装置２００は、半導体発光素子１０と、パッケージ１２０とを備える。パッケージ１２０は、半導体発光素子１０が実装されるパッケージ基材３０と、半導体発光素子１０を取り囲むように配置される反射板１２２と、保護層１４０とを含む。
反射板１２２は、パッケージ基材３０の外周に沿って設けられており、半導体発光素子１０から反射板１２２に向かって側方に出射される光を発光装置２００の前面に向けて反射させる。反射板１２２は、例えば、パッケージ基材３０と同じ樹脂材料、セラミック材料または金属材料で構成される。反射板１２２の表面は、紫外光の反射率が高いアルミニウム（Ａｌ）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂で形成されていることが望ましい。
保護層１４０は、半導体発光素子１０の光出射面１４の少なくとも一部を被覆するようにして、反射板１２２とパッケージ基材３０により区画される凹部１６０に設けられる。保護層１４０は、上述の実施の形態と同様の樹脂組成物で構成される。したがって、本実施の形態においても上述の発光装置１００と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、凹部１６０に樹脂組成物を流し込むことで保護層１４０を形成できるため、保護層１４０を形成するための樹脂量を制御しやすいという利点が挙げられる。
（実施例１１）
第２の実施の形態に係る実施例では、上述の実施例２と同様に、第１樹脂としてサイトップＳを９９．５モル％、第２樹脂としてサイトップＡを０．５モル％含有する樹脂組成物を保護層１４０に用いて発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る発光装置３００を概略的に示す断面図である。発光装置３００は、パッケージ１２０の凹部１６０を充填するようにして保護層２４０が設けられる点で上述の第２の実施の形態と相違する。以下、発光装置３００について相違点を中心に説明する。
発光装置３００は、半導体発光素子１０と、パッケージ１２０とを備える。パッケージ１２０は、パッケージ基材３０と、反射板１２２と、保護層２４０とを含む。保護層２４０は、半導体発光素子１０を被覆するように設けられる第１保護層２４１と、第１保護層２４１の上に設けられ、凹部１６０を充填するように設けられる第２保護層２４２とを有する。
第１保護層２４１は、上述の実施の形態に係る保護層４０と同様に構成され、主に半導体発光素子１０を封止する役割を有する。第２保護層２４２は、凹部１６０を満たすように設けられ、反射板１２２の上に露出する表面２４２ａが曲面を構成するように設けられる。したがって、第２保護層２４２は、半導体発光素子１０を封止する役割を有するとともに、半導体発光素子１０からの紫外光を集光させるレンズ機能を有する。本実施の形態によれば、発光装置３００から出力される光を照射対象に向けて集光させて、効率的に光を照射させることができる。
第１保護層２４１は、上述の実施の形態に係る保護層４０と同様の樹脂組成物で構成される。第２保護層２４２は、第１保護層２４１と同様の樹脂組成物で構成されてもよいし、異なる組成の樹脂組成物で構成されてもよい。また、保護層２４０は、図示するような二層構造ではなく、一層のみの構造であってもよいし、三層以上の多層構造であってもよい。保護層２４０が多層構造で形成される場合、各層の屈折率を段階的に小さくしていくことによって、半導体発光素子１０からの光取り出し効率を高めることができる。
（実施例１２）
第３の実施の形態に係る実施例では、上述の実施例３と同様に、第１樹脂としてサイトップＳを９９モル％、第２樹脂としてサイトップＡを１モル％含有する樹脂組成物を第１保護層２４１および第２保護層２４２の形成に用いて発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態に係る発光装置４００を概略的に示す断面図である。発光装置４００は、半導体発光素子１０を取り囲む反射板１２２の開口を覆うようにして、凹部１６０の上に窓材３４４が設けられる点で上述の第２の実施の形態と相違する。以下、発光装置４００について相違点を中心に説明する。
発光装置４００は、半導体発光素子１０と、パッケージ３２０とを備える。パッケージ３２０は、パッケージ基材３０と、反射板１２２と、保護層１４０と、窓材３４４とを含む。半導体発光素子１０が実装される凹部１６０は、パッケージ基材３０、反射板１２２および窓材３４４によって気密封止される。
窓材３４４は、半導体発光素子１０が発する光に対して透明な材料で形成される板状部材である。窓材３４４の材料として、例えば、ガラス、石英、水晶、サファイア、非晶質フッ素樹脂などを用いることができる。窓材３４４を反射板１２２に接着させる方法として、樹脂接着剤、低融点ガラス、低融点金属を用いる方法の他、圧接を用いる方法、表面活性化常温接合を用いる方法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本実施の形態によれば、半導体発光素子１０を気密封止することができるため、パッケージ３２０の内部への水分の侵入を防いで、水分の侵入による半導体発光素子１０の劣化や、半導体発光素子１０の光出力特性の低下といった影響を低減させることができる。
（実施例１３）
第４の実施の形態に係る実施例では、上述の実施例４と同様に、第１樹脂としてサイトップＳを９５モル％、第２樹脂としてサイトップＡを５モル％含有する樹脂組成物を保護層１４０に用いて発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
（第５の実施の形態）
図６は、第５の実施の形態に係る発光装置５００を概略的に示す断面図である。発光装置５００は、半導体発光素子１０を封止する保護層４４０が第１保護層４４１と第２保護層４４２とで構成される点で上述の第１の実施の形態と相違する。以下、発光装置５００について相違点を中心に説明する。
発光装置５００は、半導体発光素子１０と、パッケージ４２０とを備える。パッケージ４２０は、パッケージ基材３０と、保護層４４０とを含む。保護層４４０は、半導体発光素子１０を被覆するように設けられる第１保護層４４１と、第１保護層４４１の上に半球状に設けられる第２保護層４４２とを有する。第２保護層４４２は、上述の第３の実施の形態に係る第２保護層２４２と同様に、半導体発光素子１０からの紫外光を集光させるレンズ機能を有する。第１保護層４４１および第２保護層４４２の材料は、上述の第３の実施の形態に係る第１保護層２４１および第２保護層２４２と同様に構成されてもよい。
（実施例１４）
第５の実施の形態に係る実施例では、上述の実施例２と同様に、第１樹脂としてサイトップＳを９９．５モル％、第２樹脂としてサイトップＡを０．５モル％含有する樹脂組成物を第１保護層４４１および第２保護層４４２に用いて発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
（第６の実施の形態）
図７は、第６の実施の形態に係る発光装置６００を概略的に示す断面図である。発光装置６００は、上述の第４の実施の形態と同様の構成を有するが、一つのパッケージ５２０の内部に複数の半導体発光素子１０ａ，１０ｂが設けられる点で相違する。以下、発光装置６００について相違点を中心に説明する。
発光装置６００は、複数の半導体発光素子１０ａ，１０ｂと、パッケージ５２０とを備える。パッケージ５２０は、パッケージ基材５３０と、反射板５２２と、保護層５４０と、窓材５４４とを含む。複数の半導体発光素子１０ａ，１０ｂは、パッケージ基材５３０と反射板５２２とで囲まれる凹部５６０の内部に実装されている。
複数の半導体発光素子１０ａ，１０ｂは、パッケージ５２０において、直列接続または並列接続となるように実装される。図示する例では、二つの半導体発光素子が一つのパッケージ５２０に実装される場合を示しているが、変形例においては、三つ以上の半導体発光素子が一つのパッケージ内に実装されていてもよい。複数の発光素子を実装させることにより、発光装置６００の出力を高めることができる。
パッケージ基材５３０には、第１外側電極５３２、第２外側電極５３４、第１内側電極５３６、第２内側電極５３７、第３内側電極５３８が設けられている。第１内側電極５３６には、第１発光素子１０ａの第１素子電極１６ａが取り付けられている。第２内側電極５３７には、第１発光素子１０ａの第２素子電極１８ａと第２発光素子１０ｂの第１素子電極１６ｂとが取り付けられている。第３内側電極５３８には、第２発光素子１０ｂの第２素子電極１８ｂが取り付けられている。
反射板５２２は、パッケージ基材５３０に実装される複数の半導体発光素子１０ａ，１０ｂを取り囲むようにパッケージ基材５３０の外周に沿って設けられる。保護層５４０は、複数の半導体素子１０ａ，１０ｂのそれぞれの光出射面１４ａ，１４ｂの少なくとも一部を被覆するように設けられる。窓材５４４は、凹部５６０を気密封止するように反射板５２２に取り付けられている。
（実施例１５）
第５の実施の形態に係る実施例では、上述の実施例３と同様に、第１樹脂としてサイトップＳを９９モル％、第２樹脂としてサイトップＡを１モル％含有する樹脂組成物を保護層５４０の形成に用いて発光装置を作製した。光出力特性の評価は良好（○）であり、密着性の評価も良好（○）であった。評価後の電極を観察したところ、変色は見られず、電極への悪影響なども観察されなかった。
(第７の実施の形態）
図８は、第７の実施の形態に係る発光装置７００を概略的に示す図である。発光装置７００は、半導体発光素子１０を被覆する保護層４０の上にフレネルレンズ６４６が設けられる点で上述の第１の実施の形態と相違する。発光装置７００は、半導体発光素子１０と、パッケージ６２０とを備え、パッケージ６２０は、パッケージ基材３０と、保護層４０と、フレネルレンズ６４６とを含む。フレネルレンズ６４６は、樹脂材料などで形成され、例えば、保護層４０と同様の樹脂組成物で形成されることができる。発光装置７００によれば、半導体発光素子１０から出力させる光をフレネルレンズ６４６で集光させて照射対象に照射することができる。
（第８の実施の形態）
図９は、第８の実施の形態に係る発光装置８００を概略的に示す図である。発光装置８００は、半導体発光素子７１０がフリップチップ実装ではなく、ボンディングワイヤ７５６を用いて実装される点で上述の実施の形態と相違する。以下、発光装置８００について相違点を中心に説明する。
発光装置８００は、半導体発光素子７１０と、パッケージ７２０とを備える。半導体発光素子７１０は、半導体積層構造７１２と、光出射面７１４と、第１素子電極７１６と、第２素子電極７１８とを有する。第１素子電極７１６は、光出射面７１４に設けられ、第２素子電極７１８は、光出射面７１４とは反対側に設けられる。したがって、第１素子電極７１６と第２素子電極７１８は、半導体積層構造７１２を挟んで対向する位置に設けられている。
パッケージ７２０は、パッケージ基材７３０と、保護層７４０と、窓部材７４４とを含む。パッケージ基材７３０は、第１外側電極７３２と、第２外側電極７３４と、第１内側電極７３６と、第２内側電極７３８とを有する。第２内側電極７３８の上には、半導体発光素子７１０が載置され、第２素子電極７１８と第２内側電極７３８が電気的に接続される。第１内側電極７３６には、ボンディングワイヤ７５６の一端が取り付けられ、ボンディングワイヤ７５６を介して第１内側電極７３６と第１素子電極７１６が電気的に接続される。
保護層７４０は、半導体発光素子７１０の光出射面７１４の少なくとも一部を被覆するように設けられる。保護層７４０は、例えば、光出射面７１４、第１素子電極７１６、第１内側電極７３６、第２内側電極７３８の上を被覆するように設けられる。保護層７４０は、保護層７４０の内部にボンディングワイヤ７５６が埋め込まれるようにして設けられてもよいし、ボンディングワイヤ７５６の一部が保護層７４０の外に位置するように設けられてもよい。
図１０は、変形例に係る発光装置８００を概略的に示す図である。本図に示す発光装置８００は、半導体発光素子７１０の第１素子電極７１６および第２素子電極７１８の双方にボンディングワイヤが取り付けられる点で、上述の実施の形態と相違する。半導体発光素子７１０は、光出射面７１４に設けられる第１素子電極７１６と第２素子電極７１８を有する。第１素子電極７１６は、ボンディングワイヤ７５６を介して第１内側電極７３６と電気的に接続され、第２素子電極７１８は、ボンディングワイヤ７５８を介して第２内側電極７３８と電気的に接続される。保護層７４０は、光出射面７１４、第１素子電極７１６、第２素子電極７１８の上を被覆するように設けられる。
（第９の実施の形態）
図１１は、第９の実施の形態に係る発光装置９００を概略的に示す図である。発光装置９００は、上述の実施の形態および変形例にて示した表面実装型のデバイスではなく、スルーホール型のデバイスであり、特に砲弾型のパッケージ８２０を有するデバイスである。以下、発光装置９００について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
発光装置９００は、半導体発光素子７１０と、パッケージ８２０とを備える。パッケージ８２０は、第１リードフレーム８２２と、第２リードフレーム８２４と、封止樹脂部８４０とを含む。半導体発光素子７１０は、第２リードフレーム８２４の上に載置されており、第１素子電極７１６と第１リードフレーム８２２とがボンディングワイヤ７５６で接続され、第２素子電極７１８と第２リードフレーム８２４とがボンディングワイヤ７５８で接続される。
封止樹脂部８４０は、第１保護層８４１と第２保護層８４２を有する。第１保護層８４１は、半導体発光素子７１０の光出射面７１４の少なくとも一部を被覆する。第２保護層８４２は、第１保護層８４１で被覆される半導体発光素子７１０と、第１リードフレーム８２２および第２リードフレーム８２４の先端を被覆して樹脂封止する。第２保護層８４２は、砲弾型の形状を有する。第１保護層８４１および第２保護層８４２は、上述の樹脂組成物で構成される。本実施の形態によれば、砲弾型の封止樹脂部８４０が耐光性および密着性を兼ね備える樹脂組成物で構成されるため、発光装置９００の信頼性を高めることができる。
（第１０の実施の形態）
図１２は、第１０の実施の形態に係る発光装置１０００を概略的に示す図である。発光装置１０００は、上述の第９の実施の形態と同様のスルーホール型のデバイスであるが、キャンパッケージ９２０を用いる点で相違する。以下、発光装置１０００について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
発光装置１０００は、半導体発光素子１０と、キャンパッケージ９２０と、サブマウント９３０とを備える。半導体発光素子１０は、サブマウント９３０に実装されている。サブマウント９３０には、第１実装電極９３６と、第２実装電極９３８とが設けられている。半導体発光素子１０の第１素子電極１６は、第１実装電極９３６に取り付けられ、半導体発光素子１０の第２素子電極１８は、第２実装電極９３８に取り付けられている。半導体発光素子１０の光出射面１４は、保護層９４０により被覆されている。
キャンパッケージ９２０は、第１端子ピン９２２と、第２端子ピン９２４と、ステム９２６と、キャンケース９２８とを含む。第１端子ピン９２２は、ステム９２６に設けられる取付孔９２６ａにリング状の絶縁部材９２８ａを介して挿通されている。第２端子ピン９２４は、ステム９２６に取り付けられている。ステム９２６の上には、半導体発光素子１０が実装されたサブマウント９３０が載置される。キャンケース９２８は、半導体発光素子１０の上を覆うようにしてステム９２６に取り付けられる。キャンケース９２８には、窓材９４４が設けられており、半導体発光素子１０が発する光は窓材９４４を介して外部に出力される。第１端子ピン９２２と第１実装電極９３６は、ボンディングワイヤ９５６を介して電気的に接続され、ステム９２６と第２実装電極９３８は、ボンディングワイヤ９５８を介して電気的に接続されている。
このようなキャンパッケージ９２０を用いた発光装置１０００においても、半導体発光素子１０を上述の樹脂組成物で構成される保護層９４０で被覆することで、発光装置１０００の信頼性を高めることができる。
以上、本発明を実施の形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
上述の実施の形態では、発光装置の電極部分が上述の樹脂組成物で構成される保護層によって被覆される構成を示した。変形例においては、電極部分が保護層によって被覆されずに露出されるようにしてもよい。保護層による被覆をしないようにすることで、電極部分が保護層を構成する樹脂組成物により腐食される影響をより低減させることができる。これにより、密着性基を有するフッ素樹脂が含まれる上述の樹脂組成物を用いる場合において、発光装置の信頼性をさらに高めることができる。
上述の実施の形態では、発光装置のパッケージ内に半導体発光素子のみを含める場合を示した。さらなる変形例においては、付加的な機能を持たせるために半導体発光素子以外の電子部品をパッケージ内に組み込むこととしてもよい。例えば、電気的サージから発光素子を保護するためのツェナーダイオードをパッケージ内に組み込むこととしてもよい。また、発光素子が出力する光の波長を変換するための蛍光体を組み込んでもよいし、発光素子が発する光の配向を制御するための光学素子を組み込んでもよい。
１０…半導体発光素子、１４…光出射面、４０…保護層、１００…発光装置。

Claims (6)

  1. 光出射面と、アノード電極と、カソード電極とを有し、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力する半導体発光素子と、
    少なくとも前記光出射面の一部と、前記アノード電極の一部と、前記カソード電極の一部とを被覆するとともに、前記アノード電極と前記カソード電極の間に配置される樹脂組成物と、を備え、
    前記樹脂組成物は、飽和結合のみを有する非晶質全フッ素化樹脂と、密着性基を有するフッ素樹脂とを含み、前記密着性基の含有率が４×１０−６重量％以上、１×１０−３重量％以下であることを特徴とする発光装置。
  2. 前記半導体発光素子は、波長３００ｎｍの深紫外光を出力することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記樹脂組成物は、前記密着性基の含有率が２×１０−５重量％以上、５×１０−４重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記樹脂組成物は、前記密着性基を有するフッ素樹脂の含有モル分率が０．１モル％以上、２０モル％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
  5. 前記樹脂組成物は、前記密着性基を有するフッ素樹脂の含有モル分率が０．５モル％以上、１０モル％以下であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記密着性基を有するフッ素樹脂は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、シラノール基、エポキシ基およびアクリル基の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置。
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