JP2012227346A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光粒子を混入した蛍光樹脂を用いて、戯似白色光を放射するＬＥＤ発光装置においては、明るい放射光を得るために反射特性が良く、形状的には薄型化されていること、さらに発光色度を良くするために蛍光樹脂を用いたＬＥＤ発光装置に特有のイエローリングを解消することが望まれていた。
【解決手段】
基板上に設けられた枠体に形成された第１開口及び第２開口と、前記第１開口内の基板上に実装された半導体発光素子と、前記第２開口内の基板上に実装された保護素子と、前記半導体発光素子と保護素子とを接続する基板上の接続電極と、前記第１開口と第２開口内に充填された、前記半導体発光素子の発光を波長変換する同一の蛍光樹脂とにより構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体発光装置に関し、特に小型化とイエローリングを防止した半導体発光装置に関する。

近年、発光ダイオード（以後ＬＥＤと略記する）は半導発光体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本実施形態においても半導体発光装置としてＬＥＤ発光装置を事例として説明する。

特にＬＥＤ素子と波長変換粒子を混入した蛍光樹脂による白色発光装置として、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体との組み合わせによる白色発光装置が開発されるに至り、これらに関し、ＬＥＤを静電気等による過剰電流から保護するための保護素子を備えた発光装置に関する提案や、蛍光樹脂による白色発光装置の集合基板方式に関する提案がされている（例えば特許文献１、特許文献２）。

以下、特許文献１における従来のＬＥＤ発光装置について説明する。図１２は、特許文献１におけるＬＥＤ発光装置の平面図、図１３は図１２のＡ−Ａ断面図であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲において図面の簡素化を行い、部品名称も本発明と同じにしている。
図１２、図１３においてＬＥＤ発光装置１００は配線電極１０３を表裏面に連結して形成した回路基板１０２の上面側に、樹脂等よりなる枠体１０５が設けられており、この枠体１０５の中心には略円形の第１開口１０５ａが、またコーナ部には略三角形の第２開口１０５ｂが設けられている。

第１開口１０５ａに露出している実装電極１０３ａにはＬＥＤ１０１が固着実装され、接続電極１０３ｃにワイヤー１０６によって接続されている。また 第２開口に露出している実装電極１０３ｂには保護素子１０７が固着実装され、接続電極１０３ｃにワイヤー１０６によって接続されている。また、回路基板１０２の裏面側には電源電圧を供給するための端子電極１０３ｄがもうけられている。さらに枠体１０５の第１開口１０５ａと第２開口１０５ｂの間に遮蔽壁１０５ｃを形成しており、図１３に示す如く第１開口１０５ａと第２開口１０５ｂの内部には第１保護樹脂１０８ａ、第２保護樹脂１０８ｂが注入されている。なお、特許文献１においては、ＬＥＤ１０１を保護している第１保護樹脂１０８ａは透明樹脂であり、保護素子１０７を保護する第２保護樹脂１０８ｂは透明、不透明のいずれの樹脂でよく、また第２保護樹脂１０８ｂとして第１保護樹脂１０８ａと同じ樹脂を用いても良いと記載されている。

次にＬＥＤ発光装置１００の動作を説明する。回路基板１０２の裏面側に設けられた２個の端子電極１０３ｄに所定の電圧を供給すると回路基板１０２の上面側に設けられた接続電極１０３ｃ、ワイヤー１０６を通してＬＥＤ１０１に電流が供給されて発光が行われ、第１開口１０５ａの透明な第１保護樹脂１０８ａを透過して放射光が出力される。このＬＥＤ１０１の発光時に枠体１０５によって形成された遮蔽壁１０５ｃにより、ＬＥＤ１０１の発光が保護素子１０７によって吸収されることがないので、ＬＥＤ発光装置１００としての発光強度を高くすることができる。

次に特許文献２における従来のＬＥＤ発光装置について説明する。図１４は、特許文献２におけるＬＥＤ発光装置の平面図、図１５は図１４のＡ−Ａ断面図であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲において図面の簡素化を行い、部品名称も本発明と同じにしている。

図１４、図１５においてＬＥＤ発光装置２００は、特許文献２の段落００２５に記載がある如く、多数個取りの製造方法を前提とした構成であり、大判の回路基板上に多数のＬＥＤ実装領域を形成し、樹脂成形後にダイシングブレード等によって個々のＬＥＤ発光装置２００に切断分離したものである。すなわち回路基板２０２の上面に実装電極２０３ａ、２０３ｂと接続電極２０３ｃを設け、回路基板２０２の裏面側に設けた端子電極２０３ｄと回路基板２０２の上面の接続電極２０３ｃとがスルーホール２０３ｅで接続されている。

上記回路基板２０２の上面側には２個の実装電極２０３ａ、２０３ｂに２個のＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂが固着実装され、それぞれワイヤー２０６によって接続電極２０３ｃに接続され、２個のＬＥＤ２０１ａ，２０１ｂと接続しているワイヤー２０６は透明または蛍光樹脂２０８の成形によって封止されており、さらに封止用の蛍光樹脂２０８の周囲には反射性樹脂による枠体２０５が成形されている。そして多数個取りの製造方法においては、成形された枠体２０５の位置においてダイシングブレード等によって個々のＬＥＤ発光装置２００に切断分離されている。

上記構成を有するＬＥＤ発光装置２００の動作は、回路基板２０２の裏面に設けられた２個の端子電極２０３ｄに図示しない駆動装置より所定の電圧が供給されると、供給された電圧により、スルーホール２０３ｅ、接続電極２０３ｃ、ワイヤー２０６を通して直列接続された２個のＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂに電流が流れることによって発光が行われる。そして、ＬＥＤ２０１が青色ＬＥＤで、蛍光樹脂がＹＡＧ蛍光粒子を含有した蛍光樹脂であると、ＬＥＤ発光装置２００は青色ＬＥＤ２０１の青色の放射光と蛍光樹脂２０８のＹＡＧによって波長変換された黄色の放射光との混色による戯似白色光を放射する。

特開２０１０−２１２６７９号公報（図２参照） 特開２００９−１５２４８２号公報（図１、図２参照）

上記ＬＥＤとして青色ＬＥＤを用い、蛍光樹脂には波長変換部材としてＹＡＧ蛍光粒子を混入した蛍光樹脂を用い、さらに保護素子を組み込んでＬＥＤの保護を行い、青色の放射光とＹＡＧによって波長変換された黄色の放射光との混色による戯似白色光を放射するＬＥＤ発光装置においては、以下のことが要求されている。
明るい放射光を得ると共に、ＬＤＥと保護素子との実装を含めて小型、薄型化されていること、さらに発光色度を良くするために蛍光樹脂を用いたＬＥＤ発光装置に特有のイエローリングを解消することである。

このイエローリングの発生理由に付いて簡単に説明すると、すなわち青色ＬＥＤをＹＡＧ蛍光樹脂で封止した構成において、蛍光樹脂の封止形状がＬＥＤを中心として周囲の距離が均等になっていると、青色ＬＥＤから出射される出射光は、全ての方向でＹＡＧ蛍光樹脂を通過する距離が等しくなり、青色ＬＥＤからの青色の放射光とＹＡＧによって波長変換された黄色の放射光との混色が各方向に対して均一に行われ、白色に近い放射光となる。これに対し蛍光樹脂の封止形状がＬＥＤを中心として周囲の距離が不均等になっていると、青色ＬＥＤから出射される出射光は、方向によってＹＡＧ蛍光樹脂を通過する距離が異なる結果となり、距離の短い方向では青色ＬＥＤからの放射光のＹＡＧによって波長変換された黄色の放射光が減少し、距離の長い方向では青色ＬＥＤからの放射光のＹＡＧによって波長変換された黄色の放射光が増加（出射光が蛍光樹脂を通過する距離が長くなるので、ＹＡＧ蛍光粒子との衝突回数が多なるため）するため、照明光の周囲に黄色味を帯びたリングが生じ、これがイエローリングと呼ばれている。

そしてこのイエローリングの存在は、照明装置としても見難いばかりでなく、カメラのフラッシュに使用する場合には、カラー写真に色変化が生じるため致命傷となる。

上記戯似白色光を放射するＬＥＤ発光装置における各条件を考慮すると、図１２、図１３に示すＬＥＤ発光装置１００は、特に青色ＬＥＤを用い、蛍光樹脂には波長変換部材としてＹＡＧ蛍光粒子を混入した蛍光樹脂を用いたＬＥＤ発光装置ではないが、ＬＥＤ１０１とその保護素子１０７を用い、枠体１０５に第１開口と第２開口を設けて、各開口にＬＥＤ１０１と保護素子１０７を分離して実装しているため、ＬＥＤ１０１の発光を保護素子１０７が吸収することが無く、明るい放射光を得ることができるが、イエローリングに対する対策は全く考慮されていない。また仮にＬＥＤ１０１に青色ＬＥＤを適用し、第１封止樹脂の蛍光樹脂を用いたとしても枠体１０５に設ける第１開口１０８ａと第２開口１０８ｂの形状が複雑で、多数個取り製造方法には適さない形状である。

また、図１４、図１５に示すＬＥＤ発光装置２００は、多数個取りの製造方法によって製造されたＬＥＤ発光装置であり、回路基板２０２の形状や封止樹脂２０８や枠体２０５の形状も多数個取りの製造方法に適して形状で小型薄型化に適し、また量産性にも適しているが、上記するＬＥＤ発光装置２００は特に限定はしていないが、仮にＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂに青色ＬＥＤを適用し、封止樹脂２０８にＹＡＧ蛍光樹脂を用いたとすると、封止樹脂２０８の形状が長方形でＬＥＤ０１ａ、２０１ｂの中心に対して不均等な形状となっているため、短径方向の波長変換と長径方向の波長変換率が異なり、ＬＥＤ発光装置２００の発光面の周囲にイエローリングが発生する結果となる。

本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、明るい放射光を得ると共に、ＬＤＥと保護素子との実装を含めて小型、薄型化を達成すると共に蛍光樹脂を用いたＬＥＤ発光装置に特有のイエローリングの解消を行ったＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明における構成は、基板上に設けられた枠体に形成された第１開口及び第２開口と、前記第１開口内の基板上に実装された半導体発光素子と、前記第２開口内の基板上に実装された保護素子と、前記半導体発光素子と保護素子とを接続する基板上の接続電極と、前記第１開口と第２開口内に充填された、前記半導体発光素子の発光を波長変換する同一の蛍光樹脂とにより構成されたことを特徴とする。

上記構成によれば、ＬＥＤと保護素子を枠体に設けた２個の開口に分離して実装することにより明るい放射光を得ると共にＬＥＤと保護素子との封止を、ＬＥＤの発光を波長変換する同じ蛍光樹脂で行うことによって、量産性が良く小型薄型化が可能な波長変換型の白色発光ＬＥＤ発光装置を提供できる。

また、半導体発光素子を実装する枠体に形成された第１開口を正方形とすると良い。このようにＬＥＤを実装する第１開口を正方形にすることによって、蛍光樹脂の形状がＬＥＤを中心に略均等な距離となり、イエローリングの発生を防止する効果がある。

前記半導体発光素子は青色発光素子であり、前記蛍光樹脂はＹＡＧ蛍光樹脂であると良い。

上記の如く本発明によれば、ＬＥＤと保護素子を枠体で分離して実装することにより明るい放射光を得ると共に、ＬＥＤと保護素子との封止をＬＥＤの発光を波長変換する同じ蛍光樹脂で行い、且つＬＥＤを封止する蛍光樹脂を略正方形とすることによって、小型薄型化が可能で、蛍光樹脂を用いたＬＥＤ発光装置に特有のイエローリングを解消した波長変換型の白色ＬＥＤ発光装置を提供できる。

本発明におけるＬＥＤ発光装置の第１実施形態を示す平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の金属基板の平面図及びＡ−Ａ断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の回路基板の平面図及びＡ−Ａ断面図である。 図４に示す回路基板に、配線電極の一部をのこして反射層を形成し、封止枠を取り付けた状態を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。 図５に示す回路基板の裏面に図３に示す金属板を積層した状態を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。 図１に示すＬＲＤブロックの拡大平面図及びＡ−Ａ断面図である。 図６に示す回路基板に図７に示すＬＥＤブロックを実装した状態を示す平面図である。 図８に示す回路基板に蛍光樹脂を充填して完成させたＬＥＤ発光装置のＡ−Ａ断面図である。 図９に示すＬＥＤ発光装置の点線でしますＢ部分の拡大断面図である。 本発明におけるＬＥＤ発光装置の第２実施形態を示す上面図である。 引用文献１に示す従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 引用文献２に示す従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１３に示す従来のＬＥＤ発光装置の発光状態を示す断面図である。 図１４に示す蛍光樹脂面の発光状態を示す平面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。
図１から図７は第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の構成を示すものであり、図１はＬＥＤ発光装置１０の斜視図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の上面図、図３は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の側面図、図４は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の下面図である。

図１、図２に示す如く、ＬＥＤ発光装置１０は反射性の樹脂よりなる枠体５に第１開口５ａ、第２開口５ｂが設けられており、後述する如く第１開口５ａにはＬＥＤ１が実装され、第２開口５ｂには保護素子７が実装されており、第１開口５ａ、第２開口５ｂには同一の蛍光樹脂８で封止されている。そして第１開口５ａを略正方形に形成し、第２開口５ｂを長方形に形成してその間を枠体５で仕切ることにより、第１開口５ａと第２開口５ｂは近接されて小型形状に設けられており、全体として小型薄型化に形成されると共に、第１開口５ａの正方形状によってＬＥＤ１から発光される照射光に対する周囲の蛍光樹脂の通過距離がほぼ均一になり、イエローリングの発生を防止することができる。

また、図３、図４に示す如く、回路基板２の裏面側に電源電圧を供給するための端子電極３ａ、３ｂが設けられている。

次に図５から図７によりＬＥＤ発光装置１０の内部構成を説明する。図５はＬＥＤ発光装置１０の樹脂成型前の上面図であり、回路基板２の上面側には２個の実装電極３ａ．３ｂと、実装電極３ａ．３ｂに接続された接続電極３ｃが設けられており、実装電極３ａの中心位置にはＬＥＤ１（本実施形態では青色ＬＥＤ）が、また実装電極３ｂには保護素子７が固着実装されている。そしてＬＥＤ１の素子電極はワイヤー６によって実装電極３ｂに接続された接続電極３ｃにボンディングされ、保護素子７の素子電極はワイヤー６によって実装電極３ａに接続された接続電極３ｃにボンディングされることにより、ＬＥＤ１と保護素子７とが並列接続されている。

図６に示す回路基板２の裏面側には２個の端子電極３ｄと、回路基板２の上面側の２個の実装電極３ａ、３ｂとはスルーホール３ｅによって接続されている。そして図７に示す如くＬＥＤ１とワイヤー６とは蛍光樹脂８によって封止されており、保護素子７とワイヤー６も蛍光樹脂８によって封止されている。そして図１で説明した如くＬＥＤ１を封止している蛍光樹脂８は正方形に形成されているので、ＬＥＤ１から発光される照射光に対する周囲の全方向おける蛍光樹脂の通過距離がほぼ均一になり、イエローリングを防止した発光が行われる。

（第２実施形態）
次に図８から図１１により、本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の多数個取り方式に付いて説明する。図８は大判回路基板２Ｌに図５で説明した複数の回路基板２を構成した大判回路基板工程を示す上面図であり、点線で示す範囲が１個の回路基板２を示している。すなわち各回路基板２には２個の実装電極３ａ、３ｂとそこに実装されたＬＥＤ１および保護素子７が設けられている。図９は蛍光樹脂成型工程を示す上面図であり、図８に示した大判回路基板２Ｌにおける各回路基板２のＬＥＤ１および保護素子７に蛍光樹脂８を成形金型を用いて成型した状態を示す。なお、各素子の位置関係を分りやすくするため、蛍光樹脂８の部分に点線にて各エレメントを示している。

図１０は枠体樹脂成形工程であり、図９に示す蛍光樹脂成型が行われた大判回路基板２Ｌの蛍光樹脂８の周囲および間に反射性の樹脂によって枠体５を成形している。図１１は切断分離工程によって個々に分離されることにより、完成したＬＥＤ発光装置１０の上面図である。すなわち切断分離工程は図１０に示す射出成形が完成した大判回路基板２Ｌを点線で示すスクライブラインＸＹで切断することによって、ＬＥＤ発光装置１０が形成される。

上記の如く、大判回路基板２Ｌ上に複数の回路基板２を形成し、且つＬＥＤ１と保護素子７を近接配置して、ＬＥＤ１の周囲は正方形で、保護素子７の周囲は出来るだけ狭い長方形に反射性の樹脂にて同時成型すると共に、ＬＥＤ１と保護素子７の間を反射性の樹脂による枠体５で遮蔽し、枠体５を狭い範囲で切断分離することで、ＬＥＤ発光装置の小型薄型化と明るい放射光を得ると共に、イエローリングの発生を防止することができる。

１，１０１，２０１ ＬＥＤ
２，１０２，２０２ 回路基板
３ａ、３ｂ、１０３ａ、２０３ａ 実装電極
３ｃ、１０３ｃ、２０３ｃ 接続電極
３ｄ、１０３ｄ、２０３ｄ 端子電極
３ｅ、２０３ｅ スルーホール
５、１０５、２０５ 枠体
５ａ、１０５ａ 第１開口
５ｂ、１０５ｂ 第２開口
６、１０６、２０６ ワイヤー
７、１０７ 保護素子
８、２０８ 蛍光樹脂
１０、１００、２００ ＬＥＤ発光装置
１０８ａ 第１保護樹脂
１０８ｂ 第２保護樹脂

Claims (3)

1. 基板上に設けられた枠体に形成された第１開口及び第２開口と、前記第１開口内の基板上に実装された半導体発光素子と、前記第２開口内の基板上に実装された保護素子と、前記半導体発光素子と保護素子とを接続する基板上の接続電極と、前記第１開口と第２開口内に充填された、前記半導体発光素子の発光を波長変換する同一の蛍光樹脂とにより構成されたことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記半導体発光素子を実装する第１開口は正方形の開口であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記半導体発光素子は青色発光素子であり、前記蛍光樹脂はＹＡＧ蛍光樹脂である請求項１または請求項２に記載の半導体発光装置。
   

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