JP2012043847A

JP2012043847A - 半導体発光装置及びその製造方法

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Publication number: JP2012043847A
Application number: JP2010181260A
Authority: JP
Inventors: Makoto Arai; 新井　　真
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-03-01

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子を封止する蛍光体樹脂に透明樹脂を追加するとＬＥＤ装置の発光色を青方向にシフトできることが知られている。ところが追加法として例示されている塗布法では色度が微調しづらい。
【解決手段】ＬＥＤ装置１０は蛍光体樹脂１１の表面に透明樹脂からなる複数の凸部１４を備え、その凸部１４の形状が略同一であり、凸部１４の数が色度補正量に対応して増減する。凸部１４は、噴霧により生成した粒径が略均一な透明樹脂の微粒子を、色度補正量に応じた数だけ蛍光体樹脂１１の表面に付着させても良い。
【選択図】図２

Description

本発明は蛍光体樹脂により回路基板上の半導体発光素子を封止した半導体発光装置及びその製造方法に関し、詳しくは蛍光体樹脂に追加工し発光色を所定の範囲内におさめる半導体発光装置及びその半導体発光装置の製造方法に関する。

半導体発光素子（以下とくに断らない限りＬＥＤ素子と呼ぶ）を回路基板に実装しパッケージ化した半導体発光装置（以下とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）において、ＬＥＤ装置の発光色を所定の狭い範囲内におさめることが要請されるようになった。例えば、テレビ用バックライトでは、青色ＬＥＤ素子を蛍光体層で覆った白色ＬＥＤの発光色を、ｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１）上で目標とする白色座標から±５／１０００の範囲内に入れなければならない。

ＬＥＤ装置の発光色は、青色ＬＥＤ素子の発光波長や蛍光体の量などさまざまな要因で変動する。このなかでＬＥＤ素子を封止する樹脂に追加工して色度を調整する手法が知られている。例えば特許文献１では色度調整方法として段落（００３３）に「透光性樹脂８１を硬化させた後に、透光性樹脂に対する蛍光体粒子の比率（体積比率であっても重量比率であってもよい。）を変化させることによって色度を調整するものである。」と記載されており、具体的には「その（透光性樹脂）表面を研磨又は表面に透光性樹脂を塗布する」と記載されている。

特開２００４−１８６４８８号公報（段落００３３）

特許文献１の方法によれば、透明な樹脂の塗布によりＬＥＤ装置の発光色を青側（短波長側）にシフトさせることができる。しかしながら、もともと狭い色度範囲にいれることを狙って製造したＬＥＤ装置は、ＬＥＤ素子のピーク波長や蛍光体と封止樹脂の調合比を合わせ込んでいるため、目標とする色度から大きくずれることはない。このように色度の微調だけを必要とする場合には、均一で平坦な膜を薄く塗布することが必要となる塗布法では製造が困難になる。

そこで本発明は、この課題を解決しようとするものであり、単純な構造及び方法で色度が微調できる半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、蛍光体を含有する蛍光体樹脂により回路基板上に実装した半導体発光素子を封止する半導体発光装置において、
前記蛍光体樹脂の表面に透明樹脂からなる複数の凸部を備え、
該凸部の形状が略同一であり、
該凸部の数が色度補正量に応じている
ことを特徴とする。

前記凸部の屈折率は前記蛍光体樹脂の屈折率より小さいことが好ましい。

上記目的を達成するため本発明の半導体発光装置の製造方法は、蛍光体を含有する蛍光体樹脂により回路基板上に実装した半導体発光素子を封止する半導体発光装置の製造方法において、
色度を測定し、目標とする色度との差から色度補正量を得る工程と、
噴霧により粒径が略均一な透明樹脂の微粒子を生成し、前記色度補正量に応じた数の該微粒子を前記蛍光体樹脂の表面に付着させる工程と
を備えていることを特徴とする。

本発明の半導体発光装置は、青色方向への補正量が透明樹脂の追加量と相関関係を持つという知見にもとづき、透明樹脂を蛍光体樹脂表面に離散的に配置している。このとき透明樹脂の追加量が凸部のサイズ及びその個数により管理されるため、色度の微調が容易になる。以上のように本発明の半導体発光装置は、蛍光体樹脂表面に透明樹脂からなる凸部を備えるという単純な構造で色度を微調することができる。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、青色方向への補正量が透明樹脂の追加量と相関関係を持つという知見にもとづき、透明樹脂を噴霧し、この噴霧で発生した透明樹脂の微粒子を蛍光体樹脂の表面に付着させている。このとき微粒子の粒径分布と付着させる個数を設定することで色度の微調が可能となる。以上のように本発明の半導体発光装置の製造方法は、噴霧にもとづく単純な方法で色度を微調することができる。

本発明の実施形態におけるＬＥＤ装置の斜視図。図１のＬＥＤ装置の断面図。図１のＬＥＤ装置の追加工前後の特性を比較した特性図。図１のＬＥＤ装置の追加工による特性変化の説明図。図１のＬＥＤ装置の追加工工程の説明図。

以下、添付図１〜５を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。

図１は本実施形態のＬＥＤ装置（半導体発光装置）の外観を説明するために描いた斜視図である。ＬＥＤ装置１０の回路基板１２には蛍光体を含有した蛍光体樹脂１１が積層している。蛍光体樹脂１１は、緑色蛍光体と赤色蛍光体を含有したシリコーン樹脂である。回路基板１２は、樹脂、セラミック、金属等の材料から適宜選択できる。

図２は図１のＡ−Ａ線に沿ったＬＥＤ装置１０の断面を模式的に描いた断面図である。回路基板１２上にはＬＥＤ素子１３が実装され、ＬＥＤ素子１３及び回路基板１２の表面を蛍光体樹脂１１が覆っている。蛍光体樹脂１１の上面には透明樹脂からなる凸部１４が配置されている。

ＬＥＤ装置１０は予め凸部１４がない状態で色度を測定してある。この色度と目標にする色度との差（色度補正量）に基づいて蛍光体樹脂１１上に形成する凸部１４の個数が決まる。また、凸部１４は噴霧によって生成された微粒子を付着させ硬化させたものなので平面的な配置はランダムである。微粒子の粒径は、付着硬化後の凸部１４の高さが５０μｍになるように実験的に求めた。

図３は凸部１４を形成する前後のＬＥＤ装置１０の発光特性を示す特性図である。図の
横軸は波長（ｎｍ）で縦軸は強度である。点線で示した特性曲線３２は凸部１４の形成前の強度分布を示しており、実線で示した特性曲線３１は凸部１４の形成後の強度分布を示している。凸部を形成すると４４０ｎｍ付近（青）が強くなり、５５０ｎｍ付近（緑）を中心に長波長側が弱くなっている。これは凸部１４形成にともない、蛍光体樹脂１１と凸部１４の屈折率が概ね等しいため、凸部１４に向かうＬＥＤ素子１３の発光が蛍光体樹脂１１と凸部１４の界面でほとんど反射せずＬＥＤ装置１０から抜け出し易くなり、緑蛍光体及び赤蛍光体に照射される青色光が減るからである。

図４により色度変化の様子を説明する。図４は凸部１４を形成する前後のＬＥＤ装置１０の色度変化を説明するための説明図である。横軸及び縦軸はＣＩＥ色度図のｘ及びｙである。色度４１は緑及び赤蛍光体の濃度が充分に濃く全ての青色光が蛍光体により波長変換された場合の色度である。色度４４はＬＥＤ素子１３の発光色の色度である。ＬＥＤ装置１０の発光色は、凸部１４が形成される前の色度４２から、凸部１４が形成されると色度４１と色度４４を結ぶ直線上にのって色度４３に変化する。

図５はＬＥＤ装置１０の蛍光体樹脂１１の表面に凸部を形成する工程の説明図である。ノズル５１から噴霧して生成した透明樹脂からなる微粒子５２は、最初シャッター５３に遮られているが、その後色度補正量に応じた時間だけシャッター５３が開き、ＬＥＤ素子１０の蛍光体樹脂１１の表面に微粒子５２が付着する。

透明樹脂には溶媒とともに触媒を混入しておき、微粒子を付着させたら１００〜１５０℃程度の温度で透明樹脂を硬化させ、同時に付加反応により蛍光体樹脂１１との密着を強化する。蛍光体樹脂１１をフェニル系シリコーンとし、透明樹脂をジメチル系シリコーンとすると、蛍光体樹脂１１の屈折率が１．５、凸部１４の屈折率が１．４となり、外気との屈折率変化が滑らかになるため界面における反射が減り外部に出射する青成分が増える。透明樹脂としてはシリコーン樹脂以外にアクリル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等であっても良い。

噴霧はふつう内圧と外気圧の差を利用しているが、凸部１４を形成するのに周知のインクジェット法を適用してもよい。インクジェット法であれば透明樹脂の微粒子の粒径、個数及び配置の制御がより容易になり、シャッター５３は不要となる。

１０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…蛍光体樹脂、
１２…回路基板、
１３…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
１４…凸部、
３１，３２…特性曲線、
４１，４２，４３，４４…色度、
５１…ノズル、
５２…微粒子、
５３…シャッター。

Claims

蛍光体を含有する蛍光体樹脂により回路基板上に実装した半導体発光素子を封止する半導体発光装置において、
前記蛍光体樹脂の表面に透明樹脂からなる複数の凸部を備え、
該凸部の形状が略同一であり、
該凸部の数が色度補正量に応じている
ことを特徴とする半導体発光装置。
前記凸部の屈折率は前記蛍光体樹脂の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
蛍光体を含有する蛍光体樹脂により回路基板上に実装した半導体発光素子を封止する半導体発光装置の製造方法において、
色度を測定し、目標とする色度との差から色度補正量を得る工程と、
噴霧により粒径が略均一な透明樹脂の微粒子を生成し、前記色度補正量に応じた数の該微粒子を前記蛍光体樹脂の表面に付着させる工程と
を備えていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。