JP2012089728A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層を意図する部位にのみ配置することにより色調ばらつきを最小限に止め、発光素子の極近傍に高光反射率の部材を配することにより耐寿命性を高め、さらに光取り出し効率の高い発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ凹部底面及び裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に半導体発光素子を載置し、該半導体発光素子を、前記基体の基体導電部と電気的に接続し、前記基体導電部に電圧を印加して、前記半導体発光素子及び前記基体導電部表面に蛍光体粒子を付着させ、前記凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、前記基体導電部表面に付着した蛍光体粒子を被覆する工程を含む発光装置の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

一般に、発光装置は、半導体発光素子や保護素子等の電子部品と、これら電子部品が載置される基体と、電子部品を保護するために電子部品を被覆する透光性部材とからなる。発光装置の高光出力化及び高信頼性化のためには、用いる発光素子自体の特性を改善するだけでなく、基体の設計や材料を選択すること、組み立て工程を改善することも非常に有効である。
近年、高耐熱、高耐候、低コスト、形状の自由度などから、セラミックを基体とするＬＥＤが一般的に出回っている。セラミック自体は銀などの金属膜に比べて反射率が低いため、発光素子を搭載する基体の凹部底面には銀を鍍金し、基体からの光の取り出しを向上させていることが多い。

しかし、銀は耐候性が低く、有機物で被覆した場合、銀の経時変化によりＬＥＤの光束低下を招く原因となる。
そこで、無機膜又は金属膜等で銀をコーティングすることが提案されている（例えば、特許文献１等）が、前者は長期間に渡って銀の反射率を維持するには、未だ十分でない。また、後者では、耐候性は問題ないが、銀に比べ反射率の低下が避けられない。

一方、基体の凹部側面は銀を鍍金していない場合が多く、セラミック面による光吸収が起こり、光取り出し効率の低下の原因となる。
そこで、反射率の高い材料を含有した樹脂で基体の凹部側面を被覆することもある（例えば、特許文献２等）が、発光素子の極近傍まで樹脂で被覆することは困難である。

また、電着法により発光素子に蛍光体層を形成する方法があるが、蛍光体層は、発光装置内の導電性の実装パターンにまで形成される。このため、発光装置点灯時に、この実装パターンに形成された蛍光体層も発光し、発光装置としての光品質を下げる原因となる。
これに対して、蛍光体層を形成することを意図しない部位にフォトレジストを形成して絶縁し、電着により蛍光体層を形成する方法が提案されているが（例えば、特許文献３等）、フォトレジストの形成及び除去の工程数が増大することに加え、フォトレジストのアライメントずれにより、蛍光体層を形成することを意図しない部位を完全にフォトレジストで被覆することは困難である。

特開２００６−３５１９６４号公報 特開２００４−４００９９号公報 特開２００３−６９０８６号公報の段落１６及び図４Ｅ

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐候性の低い銀の鍍金に頼らず、電気的接続を損なうことなく発光素子の極近傍に高光反射率の部材を配することにより耐寿命性を高め、さらに、蛍光体層を意図する部位にのみ配置することにより、色調の発光角度依存性を最小限に止め、さらに基体への光吸収を緩和することで、光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の発明を含む。
（１）（ａ）表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ凹部底面及び裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に半導体発光素子を載置し、
（ｂ）該半導体発光素子を、前記基体の基体導電部と電気的に接続し、
（ｃ）前記基体導電部に電圧を印加して、前記半導体発光素子及び前記基体導電部表面に蛍光体粒子を付着させ、
（ｄ）前記凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、前記基体導電部表面に付着した蛍光体粒子を被覆する工程を含む発光装置の製造方法。

（２）前記半導体発光素子を、前記凸部表面の露出した基体導電部と電気的に接続する上記の発光装置の製造方法。
（３）前記反射部材を、前記凸部の外縁において、該凸部の上面と同等又はそれより底面側に配置する上記の発光装置の製造方法。
（４）前記反射部材を、前記凹部の外縁から凸部の外縁の間において、底面側に凸の曲面に成形する上記の発光装置の製造方法。
（５）前記凸部が、半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面を有する上記の発光装置の製造方法。
（６）前記凸部が、凹部の深さと同等の高さを有する上記の発光装置の製造方法。
（７）前記基体導電部は、さらに前記凸部表面で露出している上記の発光装置の製造方法。
（８）前記凸部は、前記基体から分離可能であり、内部に保護素子を備える上記の発光装置の製造方法。
（９）表面に凹部を有する基体絶縁部と、一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部とからなる基体と、
半導体発光素子と、
該半導体発光素子及び前記凹部底面で露出する基体導電部表面に配置された蛍光体粒子と、
前記凹部内に配置された反射部材と、
前記半導体発光素子を被覆する封止部材とを備えてなり、
前記凹部は、その中央に凸部を有し、
前記半導体発光素子は、前記凸部上に載置され、
前記反射部材は、前記凹部内において、前記基体導電部表面に配置された蛍光体粒子を被覆している発光装置。
（１０）前記蛍光体粒子が、電着法により配置されている上記の発光装置。
（１１）前記凸部が、半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面を有する上記の発光装置。
（１２）前記凸部が、凹部の深さと同等の高さを有する上記の発光装置。
（１３）前記反射部材が、前記凹部の外縁から凸部の外縁の間に底面側に凸の曲面を有する上記の発光装置。

本発明の発光装置によれば、耐候性の低い銀の鍍金に頼らず、耐寿命性を高めることができる。また、蛍光体層の適所への配置により色調ばらつきを最小限に止め、効率よく発光素子からの光を励起し、光取り出し効率のさらなる向上を実現することができる。

本発明の発光装置の実施形態１を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ’線断面図及び（Ｃ）側面図である。 本発明の発光装置を構成する基体を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ’線断面図、（Ｃ）Ｂ−Ｂ’線断面図及び（Ｄ）裏面図である。 本発明の発光装置を構成する基体を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ’線断面図及び（Ｃ）Ｂ−Ｂ’線断面図である。 本発明の発光装置を構成する別の基体を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）Ａ−Ａ’線断面図、（Ｃ）凸部平面図及び（Ｄ）Ｂ−Ｂ’線断面図である。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明が、これらに限定されるものではない。

本発明の発光装置は、例えば、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）等に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、蛍光体粒子１３と、反射部材１４と、封止部材１５とを備えてなる。

（基体１１）
基体１１は、例えば、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基体絶縁部１１ａ及び基体導電部１１ｂ、１１ｂａ、１１ｂｂ、１１ｂｃとからなる。
基体絶縁部１１ａは、その表面に凹部１１ｃを有している。
基体の凹部１１ｃ内の中央には、凸部１１ｄが配置されている。言い換えると、凸部１１ｄの周囲に凹部１１ｃを有している。この凸部１１ｄは、その上面に半導体発光素子１２を搭載するためのものである。

凸部１１ｄの形状は特に限定されるものではなく、凸部上面の平面形状が、半導体発光素子の形状及びそれに近似する形状であることが好ましい。例えば、略四角形が一般的であるが、多角形、略円形、これらの形状に切り欠きを有する形状等、種々のものとすることができる。
凸部の上面の大きさは、半導体発光素子と同等か、それより小さいことが好ましい。特に、凸部の上面は、半導体発光素子によって、その全てが被覆される大きさであることがより好ましい。これにより、基体絶縁部による光の吸収を回避することができる。特に、凸部上面を半導体発光素子より小さなサイズとすることにより、より半導体発光素子の近傍まで、後述する反射部材を配置することができるため、さらなる光取り出し効率及び光品質の向上を図ることができる。
また、凸部の上面は、平坦面であり、凹部の底面に対して略平行であることが好ましい。
凸部の縦断面形状は、四角形、上に向かって幅狭又は幅広の台形状等であってもよいし、その側面に相当する部位が曲面を有していてもよい。
凸部の高さは、特に限定されるものではないが、半導体発光素子からの光の指向性を考慮すると、凹部の深さと同等であることが好ましい。ここで同等とは、凹部の深さ±２００μｍ程度を許容することを意味する。

基体絶縁部１１ａ、７１ａの材料は、特に限定されるものではなく、ガラスエポキシ樹脂、セラミックス、ガラス、樹脂等を挙げることができる。特に、セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、炭化ケイ素あるいは窒化ケイ素などが好ましい。樹脂としては、熱可塑性樹脂として、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、液晶ポリマー、ナイロン等、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂などが挙げられる。この場合、後述する基体絶縁部１１ａは、正負一対の基体導電部１１ｂとなる金属部材（リードフレーム）を用いて樹脂にてインサート成形されたものなどが例示される。
基体１１は、上述した凹部の形状を無視すると、略板状の部材であることが好ましい。

基体導電部１１ｂは、その一部が基体絶縁部１１ａに埋め込まれており、かつ凹部１１ｃの底面及び発光装置の裏面で露出している。通常、半導体発光素子、任意に保護素子等への通電のために、これら素子の電極に接続されて端子として機能する。
基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂは、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、少なくとも、基体１１凹部１１ｃ内の凸部１１ｄの上面に配置されている。この場合、凸部上面で半導体発光素子１２の電極と電気的に接続されるために、互いに分離した少なくとも一対の基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂとして配置されている。また、凸部１１ｄの上面から側面に渡って配置する基体導電部１１ｂｃが、一対の基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂとそれぞれ連結されて延長し、凹部１１ｃの底面及び発光装置の裏面側に露出する基体導電部１１ｂと連結されていてもよい。
あるいは、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、凸部１１ｄの上面で互いに分離した一対の基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂは、凸部１１ｄの上面から凸部１１ｄ内部に形成された基体導電部１１ｂｃ’と連結されて延長し、凹部１１ｃの底面及び発光装置の裏面側に露出する基体導電部１１ｂと連結されていてもよい。

基体導電部は、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン等の金属又は合金等を含んだ材料で形成することができ、単層及び積層構造のいずれでもよい。基体導電部は、その全体において必ずしも同じ材料によって形成されていなくてもよく、部分的に異なる材料等であってもよい。基体導電部は、基体絶縁部から露出する部位であるか否かにかかわらず、その表面に、従来のような銀による鍍金を施すことは必要ない。これは、後述する反射部材が凹部内に配置されるためである。このように、耐候性の弱い金属膜による鍍金等に頼らないため、耐寿命性の高い発光装置を形成することができる。
基体導電部１１ｂの凹部内における平面形状、裏面における露出形状は、特に限定されず、発光装置の大きさ、形状、発光素子の電極位置、発光素子配列、配置可能なスペース等を考慮して、その露出面積が適切となるように、あるいは、基体絶縁部及び基体導電部の積層構造を考慮して、適宜決定することができる。また、凹部の底面に露出した基体導電部は、半導体発光素子や保護素子を搭載する際や、集合基板を分割する際のアライメントマークとして利用することができる。

上述した凸部１１ｄは、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、基体１１の凹部１１ｃにおいて、基体１１と一体的に形成されたものであってもよいし、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、凸部２１ｄは、基体２１の凹部２１ｃから分離可能、着脱可能に配置されるものであってもよい。
凸部１１ｄ、２１ｄは、実質的に基体絶縁部と同じ材料によって成形され、凸部上面に露出した基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂ、２１ｂａ及び２１ｂｂ、凸部上面から凸部側面において露出した又は凸部上面から凸部内部において配置した基体導電部１１ｂｃ、１１ｂｃ’を有したものであることが好ましい。
あるいは、その上に搭載される半導体発光素子に適切な電力を供給できる構造を有していれば、凸部１１ｄ、２１ｄの内部に、保護素子、メタライズ層、バンプ層、導電層等の１以上のデバイスを搭載するためにマイクロ加工された半導体基板等、いわゆるサブマウントとして機能し得る構成を有していてもよい。

なお、サブマウントに搭載される、保護素子としては、通常、発光装置に搭載される公知のもののいずれでもよい。例えば、発光素子に印加される逆方向の電圧を短絡したり、発光素子の動作電圧より高い所定の電圧以上の順方向電圧を短絡したりさせることができる素子、つまり、過熱、過電圧、過電流、保護回路、静電保護素子等が挙げられる。具体的には、ツェナーダイオード、トランジスタのダイオード等が利用できる。

（半導体発光素子１２）
半導体発光素子１２は、基体１１の凹部１１ｃ内の凸部１１ｄ上に載置される。
半導体発光素子は、いわゆる発光ダイオードと呼ばれる素子であればどのようなものでもよい（以下「発光素子」と記載することがある）。例えば、基板上に、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体によって、発光層を含む積層構造が形成されたものが挙げられる。

基板としては、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）等の絶縁性基板、炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド等；ニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板；窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。
半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合などのホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。
発光素子を構成する各半導体層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされていてもよい。
発光層は、量子効果が生ずる薄膜に形成した単一量子井戸構造、多重量子井戸構造としてもよい。

発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、発光層にドープする不純物の種類を変化させるなどによって、可視光領域の光だけでなく、紫外線から赤外線まで変化させることができる。
発光素子は、異なる面（基板に対する両面側）に一対の電極が形成されているものを用いてもよいが、後述する蛍光体粒子の被覆方法を考慮して、同じ面（基板に対する同一面側）に一対の電極が形成されたものを用いることが好ましい。そして、これら電極面を下方（凹部の底面側）に向けて載置する（フェイスダウン）ことが好ましい。なお、サファイアのような絶縁性基板には、後述する蛍光体粒子の被覆方法を用いて蛍光体を付着することができないため、基板表面に蛍光体を付着させるための導電層を形成する必要がある。この導電層としては、例えば、アルミニウムの金属薄膜やインジウムと錫の複合酸化物（ＩＴＯ）膜等を用いることができる。

発光素子は、基体１１の凹部１１ｃ内の凸部１１ｄ上に載置するためには、通常、接合部材が用いられる。例えば、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの半田、低融点金属等のろう材等を用いることができる。

（蛍光体粒子１３）
蛍光体粒子は、半導体発光素子からの光を、異なる波長に変換させるものであり、発光素子からの光より短波長に変換させるものでもよいが、光取り出し効率の観点から長波長に変換させるものが好ましい。
蛍光体粒子１３は、少なくとも、半導体発光素子の表面及び基体の凹部底面で露出する基体導電部表面に配置／付着されている。また、凸部の態様によっては、凸部の側面にも配置／付着されることがある。

蛍光体粒子としては、例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、Ｅｕ賦活されたα又はβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系の元素、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類のハロシリケート蛍光体、アルカリ土類金属シリケート蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等が挙げられる。
蛍光体粒子の形状は、特に限定されないが、例えば、球形又はこれに近似する形状が好ましく、１〜１００μｍ程度、５〜５０μｍ程度、さらに１０〜２０μｍ程度の粒径を有することがより好ましい。

蛍光体粒子は溶液の形態で準備され、発光装置に第１電圧を印加し、蛍光体粒子を含む溶液に第２電圧を印加し、２つの電圧によって生じた電界により、帯電した蛍光体粒子を半導体発光素子表面に付着させる「電着」によって、少なくとも、半導体発光素子及び凹部底面で露出する基体導電部表面に配置されている。このように、電着を利用することにより、蛍光体粒子を均一な厚みで半導体発光素子の表面に配置することができ、色調の発光角度依存性を最小限に止めることができる。
蛍光体粒子は、１種の蛍光体を含有する単層、２種以上の蛍光体が混合された単層、２種以上の蛍光体が別々の層に含有された２層以上の積層、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層の２層以上の積層のいずれであってもよい。
蛍光体粒子が半導体発光素子の表面に被覆する厚みは、特に限定されないが、例えば、１０〜２００μｍ程度の層厚が適している。

（反射部材１４）
反射部材１４は、基体１１の凹部１１ｃ内に配置されている。
反射部材１４を構成する材料は、特に限定されるものではなく、発光素子から出射される波長の光を５０％以上、６０％以上、好ましくは７０％以上、８０％以上、より好ましくは９０％以上反射させることができる材料である。また、発光素子からの光などが透過、吸収しにくい部材が好ましい。
反射部材１４は、基体１１の凹部１１ｃ底面に露出する基体導電部１１ｂと接触することがあるため、絶縁性の材料であることが好ましい。また、基体１１及び基体導電部１１ｂ等と、線膨張係数の差が小さいものが好ましい。

反射部材としては、例えば、光を反射し得る部材などの粉末を分散させた樹脂を用いることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等、具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＡ、シリコーン樹脂などが挙げられる。これら母体となる樹脂に、発光素子からの光を吸収しにくくかつ母体となる樹脂に対して屈折率差の大きい光を反射し得る部材（例えば、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ）などの粉末を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
これらの材料は単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。これにより、光の透過率を調整することができ、また、樹脂の線膨張係数を調整することが可能となる。

上述したように、蛍光体粒子は、通常、いわゆる電着によって配置されるために、発光装置の表面に露出している（つまり、蛍光体粒子含有溶液と接触する）導電性の部位、例えば、凹部底面に露出する基体導電部等の表面に蛍光体粒子が付着する。このように局所的に蛍光体が分布することにより、半導体発光素子表面に配置された蛍光体のほかに、局所的に分布した蛍光体も励起することになり、意図しない光の波長変換が起こり、色調バランスを損ない、光品質を低下させる要因となる。
これに対して、反射部材１４は、基体の凹部内において、基体導電部の表面に配置された蛍光体粒子を被覆するように配置されている。つまり、基体１１の凹部１１ｃ内表面及び凸部１１ｄの側面を被覆するように配置されている。このように、色調バランスを損なう分布によって配置された蛍光体を被覆することにより、必要な部位に配置された蛍光体のみを効果的に励起させることが可能となり、光品質を維持／向上させることができる。

図１（Ｂ）に示すように、発光素子の上面及び側面が蛍光体粒子により被覆され、基体凹部に反射部材１４が充填されることにより、発光素子から上方向及び下方向に射出した光は、半球状の封止樹脂により全反射角度が最小限に抑えられ、発光素子から下方向へ射出した光及び半球状の封止樹脂から全反射で返ってきた光は、反射部材１４で再び発光装置正面へ返すことができる。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。
なお、反射部材１４は、発光素子の側面を被覆していてもよい。この場合、発光素子側面からの光が一旦、発光素子内部へ押し戻され、発光素子の上面からのみ光が出射されることとなる。これにより、発光装置として輝度を向上させることができる。

反射部材１４は、凸部１１ｄの外縁において、凸部１１ｄの上面より底面側に位置していてもよいが、凸部１１ｄの上面と同等の高さに配置されていることが好ましい。これによって、発光素子から出射された光が、基体絶縁部１１ａに吸収されることを最小限に止めることができる。なお、反射部材１４は、凹部１１ｃの外縁から凸部１１ｄの外縁の間において、その上面が平坦に配置されていてもよいが、底面側に凸の曲面を有するように配置されていることが好ましい。つまり、反射部材１４の上面が凹んでいることが好ましい。このような形状によって、発光素子から横方向又は下方に出射された光を、より効率的に取り出すことができる。

反射部材は、例えば、樹脂吐出装置から液体樹脂を吐出するなどの当該分野で公知の方法を利用して、凹部１１ｃ内に配置することができる。
反射部材の厚さは、最小の部位（つまり、底面側に凸の部位）において、基体絶縁部１１ａ及び基体導電部１１ｂ上に付着した蛍光体粒子１３を薄膜状で被覆する程度以上であればよく、最小の部位で、３０μｍ程度以上の厚みを有していることが好ましい。これにより、基体絶縁部１１ａによる光の吸収を抑制し、効率よく光を取り出すことができるとともに、基体導電部１１ｂ上に付着した蛍光体粒子１３を半導体発光素子からの光に晒すことを回避することができ、色調バランスを向上させることができる。また、凹部１１ｃの深さにもよるが、最小の部位で、５０〜１００μｍ程度の厚みを有していることがより好ましい。これによって、より効率良く光を反射させることができる。
さらに、反射部材１４が、発光素子の載置面と凸部の上面の間において、基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂが分離している領域、つまり、基体が露出している領域を被覆するように充填されることが好ましい。これにより基体導電部１１ｂａ、１１ｂｂの間から光が下方向に抜けるのを抑制することができる。

（封止部材１５）
本発明の発光装置は、発光素子を被覆する封止部材を備えている。
封止部材は、発光素子からの光に対して透光性で、かつ、耐光性及び絶縁性を有するものが好ましい。具体的には、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等の有機物が挙げられる。
ここで、透光性とは、発光素子から出射された光を７０％程度以上、８０％程度以上、９０％程度以上、９５％程度以上透過させる性質を意味する。
封止部材の形状は、特に限定されるものではないが、基体の凹部上方にのみ配置されていることが好ましい。つまり、通常、半導体発光素子は、その外周が基体絶縁部の凹部によって壁状に包囲されているため、封止部材は、蛍光体粒子及び反射部材の上であって、凹部内を埋設する形態で配置されている。
また、配光特性等を考慮して、例えば、板状、上面を凸状レンズ形状、凹状レンズ形状、フレネルレンズ形状等としてもよいし、別個にレンズ形状の部材を併設してもよい。例えば、基体の凹部上に光透過性の高い樹脂等によってレンズを成形する場合には、レンズ効果による光取り出しの向上を図ることができる。
なお、封止部材には、必要に応じて、着色剤、光拡散剤、光反射材、各種フィラー等の添加剤が含有されていてもよい。

（その他の部品）
本発明の発光装置では、発光素子からの光の取り出しを効率的に行うために、また、その特性及び／又は信頼性を確保するために、上述した以外に、保護素子、レンズ部材等、種々の部品が適所に備えられていてもよい。

上述した本発明の発光装置は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
（ａ）表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ凹部底面及び裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に半導体発光素子を載置し、
（ｂ）該半導体発光素子を、前記基体の基体導電部と電気的に接続し、
（ｃ）前記基体導電部に電圧を印加して、前記半導体発光素子及び前記基体導電部表面に蛍光体粒子を付着させ、
（ｄ）前記凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、前記基体導電部表面に付着した蛍光体粒子を被覆する。

特に、工程（ａ）及び（ｂ）においては、半導体発光素子を、上述した基体の凸部上面に載置し、金属共晶接合法、バンプ法等の当該分野で公知の方法によって接合し、基体、好ましくは、凸部表面の露出した基体導電部と半導体発光素子とを電気的に接続する。
工程（ｃ）では、具体的には、まず、発光装置を、蛍光体粒子を含有する溶液中に浸漬し、発光装置と、溶液中に存在する電極との間にそれぞれ正又は負の電圧を印加する。これにより、発光装置の表面に露出した導電性の部材である半導体発光素子及び基体導電部表面に蛍光体粒子を均一に付着させる。必要に応じて、溶液の組成、印加する電圧の極性及び／又は大きさ等を適宜変更して、このような工程を１回以上繰り返してもよい。

ここで、使用する溶液としては、水、低級アルコール（イソプロピルアルコール等）等の極性溶媒、トルエン、ベンゼン、クロロホルム等の無極性溶媒等、用いる蛍光体粒子の種類等に応じて、種々の溶媒を使用することができる。なお、この溶液には、蛍光体粒子を導電性の部材の表面に強固に付着させるために、結合材料を添加してもよいし、蛍光体粒子の帯電を促進するための帯電助剤等の各種の添加剤が含有されていてもよい。溶液における蛍光体粒子の濃度は、０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％程度が挙げられる。
また、印加電圧は、特に限定されるものではなく、例えば、５Ｖ〜８０Ｖ程度が挙げられる。
電着の時間は、特に限定されず、用いる蛍光体の種類、印加電圧の大きさ、蛍光体粒子の積層厚み等によって、適宜調節することができる。例えば、３分から２０分間程度が挙げられる。
溶液の温度は、通常、常温とすることが適している。

工程（ｄ）では、凸部を囲む凹部内に反射部材を充填する方法としてポッティング法が挙げられる。これにより、発光装置の露出する導電性の部材の表面に付着した蛍光体粒子のうち、基体導電部表面に配置した蛍光体粒子を被覆することができる。また、蛍光体粒子のうち、半導体発光素子の表面に付着した蛍光体粒子以外の略全蛍光体粒子を被覆するように、反射部材を配置することが好ましい。これにより、意図しない部位へ付着した蛍光体粒子への、発光素子からの光の照射を、反射部材によって遮断することができるため、意図しない蛍光体粒子の励起を阻止することによって、発光装置の光品質の維持／向上が可能となる。
また、反射部材が、凸部の外縁において、基体の凸部上面と同等又はそれより下に配置するように、意図的に凹部が配置するように充填することが好ましい。
さらに、凹部の外縁から凸部の外縁の間において、底面側に凸の曲面に成形することが好ましい。例えば、基体凹部の容積より、小さい体積の反射部材を塗布することで、毛細管現象により、反射部材は優先的に基体凹部の壁に沿って這い上がり、意図的に反射部材を凹状に又は底面側に凸の曲面に成形することができる。また、反射部材の凹部は、反射部材の粘度及び基体凹部の材料への反射部材の濡れ性によっても調整することが可能である。
これにより、発光素子から横方向及び凹部底面方向に出射される光を、効率的に意図する方向に取り出すことが可能となる。
さらに、反射部材を半導体発光素子の周囲に配置することで、発光素子からの光が基体によって吸収されるのを防ぐことができる。
以下に、本発明の発光装置について図面に基づいて詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
この実施形態の発光装置１０は、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基体１１と、半導体発光素子１２と、蛍光体粒子１３と、反射部材１４と、封止部材１５とを備えてなる。
基体１１は、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、アルミナセラミックスからなる基体絶縁部１１ａと、タングステンからなる基体導電部１１ｂとを備えて構成される。
基体絶縁部１１ａは、その表面に深さ１００〜５００μｍ程度の凹部１１ｃを有しており、その凹部１１ｃの中央に、その上面が略凹部１１ｃの深さに相当する高さの基体１１と一体的に成形された凸部１１ｄが配置されている。凸部１１ｄの上面の面積は、略半導体発光素子１２の面積と一致している。
基体導電部１１ｂは、その一部が基体絶縁部１１ａに埋め込まれており、凹部１１ｃ底面と基体１１の裏面とにおいて、一対としてそれぞれ分離して露出し、半導体発光素子１２と外部とを接続する端子として機能している。また、凸部上面において、半導体発光素子の一対の電極に対応して、基体導電体１１ｂａ及び１１ｂｂが配置されており、これらの基体導電体１１ｂａ及び１１ｂｂは、それぞれ、凸部１１ｄの側面に形成された基体導電部１１ｂｃを介して、基体１１の凹部１１ｃの底面で露出した基体導電部１１ｂと連結されている。

半導体発光素子１２は、基体１１の凹部１１ｃ内であって、凸部１１ｄ上に、フェイスダウンの形態で搭載されている。

蛍光体粒子１３は、例えば、ＹＡＧ（粒径：１０〜２０μｍ程度）であり、半導体発光素子１２の上面及び側面に蛍光体粒子が均一な厚みで付着しているとともに、凸部の側面に配置された基体導電体１１ｂの表面、凸部１１ｄの側面及び凹部１１ｃの底面に露出した基体導電部１１ｂの表面に配置されている。
反射部材１４は、ＴｉＯ_２（平均粒径：０．２６μｍ程度）が含有されたシリコーン樹脂（ＴｉＯ_２濃度：０．３ｇ／ｃｍ³程度）からなり、凸部１１ｄが形成されている領域以外の凹部１１ｃ内表面（つまり、凹部１１ｃの底面、内側面、凸部の側面）を略完全に被覆するように、その上面が底面側に凸の曲面を構成する形状で配置されている。また、この反射部材１４によって、半導体発光素子１２の上面及び側面に配置された蛍光体粒子１３以外の蛍光体粒子１３が被覆されている。反射部材１４の最小膜厚は、５０μｍ程度であり、最大膜厚は、凸部１１ｄの高さと等しく、５００μｍ程度である。
反射部材１４は、凸部１１ｄの外縁においては、この凸部１１ｄの上面と同等の高さに位置している。

半導体発光素子１２及び半導体発光素子を被覆する蛍光体粒子１３は、シリコーン樹脂からなる封止部材１５によって被覆されている。封止部材１５は、その基体１１側の平面形状が、基体絶縁部１１ａの凹部１１ｃの平面形状に一致しており、凹部１１ｃ上方にのみ配置されている。この封止部材１５は、樹脂のポッティングにより形成されており、表面張力によって、凸レンズ形状に成形されている。

このような構成を有することにより、半導体発光素子表面に均一に配置した蛍光体粒子によって、蛍光体粒子による透過型励起光をより効果的に取出すことができるため、色調のばらつきを最小限に止めて、光品質を及び光取り出し効率を向上させることができる。
また、電着によって半導体発光素子の表面以外の導電性の部材表面に付着する蛍光体粒子を、反射部材によって確実に被覆することができるために、意図しない部位での蛍光体粒子による励起光の吸収を回避して、より光取り出し効率を向上させることが可能となる。
さらに、反射部材が、半導体発光素子の近傍まで基体を被覆するため、基体による光吸収を最小源に止めることができる。また、反射部材の上面が凹部の底面側に凸の曲面を有しているために、半導体発光素子から横方向又は底面方向に出射される光を、その曲面で有効に反射させることができ、より一層の光取り出し効率の向上を図ることができる。

このような発光装置は、以下の方法によって製造することができる。
まず、基体１１を準備し、基体の凸部上面に半導体発光素子を、フェイスダウンで搭載する。半導体発光素子は、金属共晶接合法によって接合する。
次いで、ＹＡＧ（粒径１μｍ〜２０μｍ程度）を含有するイソプロピルアルコール溶液中に、発光装置を浸漬し、３〜２０分間程度５〜８０Ｖ程度の電圧を印加して、導電性の部材の表面に蛍光体粒子を付着させる。
続いて、反射部材を構成する材料を適当な粘度に調節し、凸部を囲む凹部内にポッティングする。この際、反射部材が凹部の外周において凹部の深さと一致するとともに、凸部の外縁に一致するような供給量でポッティングする。これにより、半導体発光装置の上面及び側面に付着した蛍光体粒子以外の蛍光体粒子を被覆することができる。
その後、同様にポッティングによって封止部材を成形する。

＜実施の形態２＞
この実施形態の発光装置では、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、凸部１１ｄの上面に形成された基体導電部１１ｂａ及び１１ｂｂが、それぞれ、凸部１１ｄの内部に配置された基体導電部１１ｂｃを介して、基体１１の凹部１１ｃ底面に配置した基体導電部１１ｂと連結されており、そのために、蛍光体粒子が凸部側面には配置されていない以外は、実施形態１の発光装置１０と実質的に同様の構成である。
また、この発光装置は、実質的に実施形態１と同様に製造することができる。
このような発光装置は、実施形態１と同様の効果を有する。

＜実施の形態３＞
この実施形態の発光装置では、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、基体２１における凹部２１ｃ内の凸部２１ｄが、分離可能に成形されている以外は、実質的に実施形態１の発光装置１０と実質的に同様の構成である。
なお、分離可能な凸部２１ｄ内には、図示しないが、保護素子が形成されている。
この発光装置は、半導体発光素子を凸部上面に載置し、接合部材を用いて電気的に接続するとともに、この凸部を、発光素子の搭載前後のいずれかに、基体２１の凹部２１ｃの底面の基体絶縁部２１ｂ上に、電気的に接続することにより実質的に実施形態１と同様に製造することができる。
このような発光装置は、実施形態１と同様の効果を有する。

本発明の発光装置は、光吸収を低減し、高出力化が可能な発光装置とすることができ、各種表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源、さらには、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置など、広範囲の用途に利用することができる。

１０ 発光装置
１１、２１ 基体
１１ａ、２１ａ 基体絶縁部
１１ｂ、１１ｂａ、１１ｂｂ、１１ｂｃ、１１ｂｃ’、２１ｂ、２１ｂａ、２１ｂｂ 基体導電部
１１ｃ、２１ｃ 凹部
１１ｄ、２１ｄ 凸部
１２ 半導体発光素子
１３ 蛍光体粒子
１４ 反射部材
１５ 封止部材

Claims (13)

1. （ａ）表面に凹部を有する基体絶縁部及び一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ凹部底面及び裏面で露出する基体導電部からなり、前記凹部中央に凸部を有する基体の該凸部上面に半導体発光素子を載置し、
   （ｂ）該半導体発光素子を、前記基体の基体導電部と電気的に接続し、
   （ｃ）前記基体導電部に電圧を印加して、前記半導体発光素子及び前記基体導電部表面に蛍光体粒子を付着させ、
   （ｄ）前記凸部を囲む凹部内に反射部材を充填して、前記基体導電部表面に付着した蛍光体粒子を被覆する工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
2. 前記半導体発光素子を、前記凸部表面の露出した基体導電部と電気的に接続する請求項１に記載の発光装置の製造方法。
3. 前記反射部材を、前記凸部の外縁において、該凸部の上面と同等又はそれより底面側に配置する請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
4. 前記反射部材を、前記凹部の外縁から凸部の外縁の間において、底面側に凸の曲面に成形する請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
5. 前記凸部を、半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
6. 前記凸部を、凹部の深さと同等の高さとする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
7. 前記基体導電部を、さらに前記凸部表面で露出させる請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
8. 前記凸部は、前記基体から分離可能であり、内部に保護素子を備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
9. 表面に凹部を有する基体絶縁部と、一部が前記基体絶縁部に埋め込まれ、かつ少なくとも凹部裏面で露出する基体導電部とからなる基体と、
   半導体発光素子と、
   該半導体発光素子及び前記凹部底面で露出する基体導電部表面に配置された蛍光体粒子と、
   前記凹部内に配置された反射部材と、
   前記半導体発光素子を被覆する封止部材とを備えてなり、
   前記凹部は、その中央に凸部を有し、
   前記半導体発光素子は、前記凸部上に載置され、
   前記反射部材は、前記凹部内において、前記基体導電部表面に配置された蛍光体粒子を被覆していることを特徴とする発光装置。
10. 前記蛍光体粒子が、電着法により配置されている請求項９に記載の発光装置。
11. 前記凸部が、半導体発光素子と同等又はそれより小さい上面を有する請求項９又は１０に記載の発光装置。
12. 前記凸部が、凹部の深さと同等の高さを有する請求項９〜１１のいずれか１つに記載の発光装置。
13. 前記反射部材が、前記凹部の外縁から凸部の外縁の間に底面側に凸の曲面を有する請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の発光装置。

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