JP2013077679A - 半導体発光装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型形状で且つ上方向への放射効率が良く、さらにイエローリング発生の問題を生じないＬＥＤ発光装置及びその製造方法が求められていた。
【解決手段】 下面に突起電極を有する半導体発光素子の発光面に接着された蛍光体板と、前記半導体発光素子の側面を被覆する白色樹脂とを有する半導体発光装置であって、前記蛍光体板は片面側に蛍光粒子が凝縮して構成され、前記蛍光体板の蛍光粒子が凝縮している面側を,前記半導体発光素子の発光面側に透明接着剤を介して接着する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤ素子等の半導体発光素子を備えた半導体発光装置およびその製造方法に関するものであり、詳しくは突起電極を有する半導体発光素子の発光面上に、蛍光粒子が片面側に沈殿して凝縮した蛍光体板を接着し、前記半導体発光素子の発光面以外の略全面を反射性の白色樹脂で充填封止することで、半導体発光素子の発光面側に出射光を効率良く発光させるとともに、半導体発光装置としての形状を小型化した構成の半導体発光装置及びその製造方法に関する。

近年、半導体発光素子としてのＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、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。本発明の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。

特に近年、ＬＥＤの周囲を反射性の白色樹脂で被覆し、ＬＥＤの側方への発光を上方に反射せることで、上方向への発光を効率良く行わせる白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装置の構成が提案されている。（例えば特許文献１、）
また、半導体発光装置における発光面側に設ける蛍光層の形態を薄層に形成することにより、放射光の状態を安定化させ、イエローリングの発生を防止する構成が提案されている。（例えば引用文献２、引用文献３）

以下従来のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図７は特許文献１における白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装１００の断面図を示している。図７において光取り出し側に開口を有するケース１０３と、ケース１０３内のＬＥＤ搭載面上に設けられた配線電極１０５ａに、導電部材１０６ａ、１０６ｂによってフリップチップ実装されたＬＥＤ１０１の周囲に、ケース１０３を用いて光反射性の白色樹脂１０４を充填被覆し、この状態においてＬＥＤ１０１の光取り出し面上に蛍光体層１０２が貼着されている。上記ＬＥＤ発光装置１００における動作は、ＬＥＤ１０１の全ての出射光は光反射性の白色樹脂１０４によって蛍光体層１０２側に反射集光され、全て蛍光体層１０２を通過して効率良く混色光が出射されていく。

なお、特許文献１においては、白色樹脂の役目としてはＬＥＤの側面側から発光された出射光を反射させて、出射面側に戻し出射効率を高める機能を有するものであり、その構成としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のコーティング材に反射性のフィラーとして酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニューム、アルミナ、窒化ホウ素等の粒子を混入したものを用いており、充填方法としては滴下装置や注入装置を用いている。

図８は引用文献２に示す蛍光層薄層型のＬＥＤ発光装置２００の断面図であり、配線電極２０６ａ、２０６ｂを有する基板２０６に、反射用の枠体２０４を取り付け、基板２０６に固定されたＬＥＤ２０１のＰ，Ｎ両電極はワイヤー２０９によって、配線電極２０６ａ、２０６ｂにワイヤーボンディングされている。また枠体２０４の上部には透明基板２０３が接着されており、枠体２０４の開口部に対応する透明基板２０３の内側には薄層の蛍光体層２０２が蒸着や印刷等により形成されている。

上記ＬＥＤ発光装置２００における動作は、ＬＥＤ２０１の出射光は直接または光反射性の枠体２０４の反射面２０４ａによって蛍光体層２０２側に反射集光され、全て蛍光体層２０２を通過して効率良く混色光が出射されていく。また、蛍光体層２０２が蒸着等の薄層に形成されていることで、蛍光体層２０２を通過する出射光が全て一定の厚みの蛍光層を通過するため、出射光が均一とり、イエローリングの発生を防止できる。

図９は引用文献３に示す蛍光層薄層型のＬＥＤ発光装置３００の断面図であり、配線電極３０６ａ、３０６ｂを有する基板３０６にＬＥＤ３０１が固定され、ＬＥＤ３０１のＰ，Ｎ両電極はワイヤー３０９によって、配線電極３０６ａ、３０６ｂにワイヤーボンディングされている。さらにＬＥＤ３０１を実装した基板３０６の上面には蛍光粒子３０２ａを混入した透明樹脂３０７でレンズ形状が形成されている。そして液状の透明樹脂３０７の硬化処理中に混入されて蛍光粒子３０２ａが自重によって沈殿し、ＬＥＤ３０１の上面及び基板３０６の上面に凝縮して薄い蛍光体層３０２が形成されている。

特開２００７−１９０９６号公報 特開２００１−１５６３３８号公報 特開２００６−２２９０５４号公報

しかし、特許文献１に記載された従来の白色樹脂被覆型のＬＥＤ発光装置はＬＥＤ１０１の上面には蛍光体板１０２を貼り付け、側面を反射性の白色樹脂１０４で被覆しているため、ＬＥＤ出射光を効率良く上面側に出射させることができるが、反面構成的には配線電極１０５ａ、１０５ｂや開口を有するケース１０３を用いてＬＥＤ１０１の実装や白色樹脂１０４の充填を行っているため、ＬＥＤ発光装置としての形状が小型化できず、量産化に向かないばかりではなく、蛍光体板の厚みによって、イエローリングの発生も心配される。

また、引用文献２に記載されてＬＥＤ発光装置２００は、枠体２０４の開口部に対応する透明基板２０３の内側に薄層の蛍光体層２０２が蒸着や印刷等により形成されているため、イエローリングの発生の心配がなく、出射光の安定化は図かれるが、反面構成的には枠体２０４を用たり、透明基板２０３（ガラス基板としている）を用いて組み立てを行う必要があり、ＬＥＤ発光装置としての形状が小型化できず、量産化に向かないという問題がある。

また、引用文献３に記載されてＬＥＤ発光装置３００は、透明樹脂３０７に混入した蛍光粒子を沈殿させて薄い蛍光体層３０２を形成しているが、ＬＥＤ３０１の側面の反射効果を利用していないので、上方向に対する出射効率が良くならないと同時に、ＬＥＤ３０１からの横方向の発光に対して透過する蛍光粒子が多くなるため、イエローリングの発生も問題となる。

そこで本発明の目的は、上記各問題点を解決しようとするものであり、白色樹脂による反射効果と蛍光体層の薄層化を組み合わせて、小型形状で且つ上方向への放射効率が良く、さらにイエローリング発生の問題を生じないＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤ発光装置の構成は、下記の通りである。下面に突起電極を有する半導体発光素子の発光面に接着剤を介して接着された蛍光体板と、前記半導体発光素子の側面を被覆する白色樹脂とを有する半導体発光装置であって、前記蛍光体板は片面側に蛍光粒子が凝縮して構成され、前記蛍光体板の蛍光粒子が凝縮している面側を、前記半導体発光素子の発光面側に接着剤を介して接着してなることを特徴とする。

上記構成によれば、下面に突起電極を有する半導体発光素子の発光面に、片面側に蛍光粒子が凝縮して構成され蛍光体板を接着剤を介して接着し、前記半導体発光素子の側面側を白色樹脂で被覆しているので、前記ＬＥＤ発光装置の上面側への発光効率が良く、さらにイエローリング発生の問題を生じないＬＥＤ発光装置を提供できる。

前記蛍光体板は前記半導体発光素子の発光面より大きい面積を有し、前記白色樹脂は、前記半導体発光素子の側面と、前記蛍光体板の半導体発光素子の発光面より突出した庇部の下面を被覆すると良い。

上記構成によれば、白色樹脂の充填時に白色樹脂がＬＥＤの発光面に付着する心配がなく、ＬＥＤ発光装置の量産が容易になる。

前記白色樹脂は、前記蛍光体板の側面まで被覆していると良い。

本発明の製造方法については、以下の通りである。下面に突起電極を有する複数の半導体発光素子を、前記突起電極を接着面として粘着シ−ト上に所定の間隔で配設する素子配設工程と、各半導体発光素子の発光面に、片面側に蛍光粒子が凝縮して構成され蛍光体板を接着剤を介して接着する蛍光体板接着工程と、粘着シ−ト上の各半導体発光素子の間に反射性の白色樹脂を充填する白色樹脂充填工程と、各半導体発光素子の間の白色樹脂を切断して個々の半導体発光素子に分離する切断分離工程とを有することを特徴とする。

上記製造方法によれば、白色樹脂による反射効果と蛍光体層の薄層化を組み合わせて、小型形状で且つ上方向への放射効率が良く、さらにイエローリング発生の問題を生じないＬＥＤ発光装置を集合方式によって量産することができる。

前記白色樹脂充填工程において、前記白色樹脂は蛍光体板の側面まで充填されていると良い。

片面側に蛍光粒子が凝縮して構成された、大判蛍光体板を用意する蛍光体板工程と、下面に突起電極を有する複数の半導体発光素子を、その発光面側を接着面として、前記大判蛍光体板の蛍光粒子が凝縮している面側に所定の間隔で接着する素子接着工程と、前記大判蛍光体板に接着された各半導体発光素子の間に反射性の白色樹脂を充填する白色樹脂充填工程と、各半導体発光素子の間の白色樹脂を切断して個々の半導体発光素子に分離する切断分離工程とを有することを特徴とする。

上記製造方法によれば、片面側に蛍光粒子が凝縮して構成された大型蛍光体板を１部品として制作できるため、制作中に蛍光粒子の沈殿を均等にコントロールすることで全体として均一な蛍光体層が形成でき、その大型蛍光体板を製造工程中にて切断分離することで、放射状態の安定したＬＥＤ発光装置を量産することができる。

上記の如く本発明によれば、下面に突起電極を有する半導体発光素子の発光面に、片面側に蛍光粒子が凝縮して薄層に構成された蛍光体板を接着剤を介して接着し、前記半導体発光素子の側面側を白色樹脂で被覆しているので、前記ＬＥＤ発光装置の上面側への発光効率が良く、さらにイエローリング発生の問題を生じないＬＥＤ発光装置を提供できる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示す第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の斜視図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の第１製造方法を示す工程図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の第２製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示し、図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の斜視図、図３はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す工程図であり、各要素の断面図を示している。

図１に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図及び、図２に示す斜視図において、下面側に突起電極１ａ，１ｂを有するＬＥＤ１の発光面１ｃに蛍光体板３が透明接着剤９を介して接着されており、またＬＥＤ１の側面及び突起電極１ａ，１ｂを除く下面は反射性の白色樹脂４で被覆されている。なお、蛍光体板３は蛍光粒子を混入した透明樹脂を用いて透明樹脂が液状樹脂状態から反応硬化していく過程で比重の重い蛍光粒子が沈殿し、硬化時には蛍光体板３の片面側に蛍光粒子が凝縮して薄層の蛍光体層３ａを形成させるか、または透明基板の片面に蛍光膜を蒸着または印刷等により蛍光体層３ａとして形成させる。なお、本実施形態においてはＬＥＤ１として青色ＬＥＤを使用し、蛍光体層３ａとしては青色ＬＥＤの青色出射光を黄色光に波長変換するＹＡＧ蛍光体層とし、白色発光を行うＬＥＤ発光装置１０に付いて説明する。また、ＬＥＤ１の発光面１ｃと蛍光体板３とは透明接着剤９を介して接着されているが、以後の構成及び製造方法では図示を省略する。

なお、白色樹脂４は後述する方法にて注入されることにより、ＬＥＤ１の側面と、蛍光体板３とＬＥＤ１の発光面との間に形成された庇部３ｂの下面、さらに突起電極１ａ，１ｂの間を含むＬＥＤ１の下面にも充填され、ＬＥＤ１の下面を保持するアンダーフィル効果と、ＬＥＤ１からの側面及び下面側への発光を上面方向に反射させる効果を有する。

（第１製造方法）
次にＬＥＤ発光装置１０の第１製造工程を図３により説明する。図３における工程（ａ）は蛍光体板準備工程であり、各ＬＥＤ１に対応するサイズ（実施形態ではＬＥＤ１の発光面１Ｃより少しおきなサイズとしている）の蛍光体板３を用意する。この蛍光体板３は前述の如く、片面側に蛍光粒子が凝縮して薄い蛍光体層３ａを形成している。工程（ｂ）は素子配設工程であり、バンプ電極としての突起電極１ａ、１ｂを備えた複数のＬＥＤ１を、突起電極１ａ，１ｂを接着面として粘着シート８上に所定の間隔で貼りつける。工程（ｃ）は蛍光体板接着工程であり、各ＬＥＤ１の発光面１ｃに、蛍光体層３ａ対向させて蛍光体板３を透明接着剤９を介して接着する。

（ｄ）は白色樹脂充填工程であり、粘着シ−ト８上のＬＥＤ１の間に反射性の白色樹脂４を充填する。なおこのとき突起電極１ａ、１ｂを除くＬＥＤ１の下面にも白色樹脂４が充填される。工程（ｅ）は切断分離工程であり、各ＬＥＤ１間に充填された白色樹脂４の中間の位置（工程ｄに点線で切断線Ｓを示している）で切断分離することにより、個々のＬＥＤ発光装置１０を完成させる。
この工程により、ＬＥＤ１は蛍光体板３で被覆された発光面１ｃ以外の部分は、突起電極１ａ、１ｂを除いてすべて白色樹脂４の薄い層によって被覆され、ＬＥＤ１の全ての出射光は蛍光体板３に形成された薄層の蛍光体層３ａを通して上方に出射される。また蛍光体板３がＬＥＤ１の発光面１ｃより大きなサイズとなっているため、白色樹脂４の注入工程において、白色樹脂３がＬＥＤ１の発光面１ａに付着することがない。

（第２製造方法）
次にＬＥＤ発光装置１０の第２製造工程を図４により説明する。図４における工程（ａ）は大判蛍光体板工程であり、片面側に蛍光粒子が沈殿によって凝縮して構成された蛍光体層３ａを有する大判蛍光体板３Ｌを用意する。工程（ｂ）は素子接着工程であり、突起電極１ａ、１ｂを有する複数のＬＥＤ１を、その発光面側１ｃを接着面として、前記大判蛍光体板３Ｌの蛍光体層３ａの形成面側に所定の間隔で接着する。工程（ｃ）は白色樹脂充填工程であり、前記大判蛍光体板３Ｌに接着された各ＬＥＤ１の間に反射性の白色樹脂４を充填する。工程（ｄ）は切断分離工程であり、各ＬＥＤ１の間の白色樹脂と大判蛍光体板３Ｌとを点線で示す切断線Ｓに沿って切断分離することにより、工程（ｅ）に示す個々のＬＥＤ発光装置１０を完成させる。なお、大型蛍光体板３Ｌに混入している蛍光粒子を均一に沈殿させる方法としては、硬化しない程度の加熱を加えて透明樹脂の粘度を低下させ、蛍光粒子が均一に沈殿していくように制御することも有力な手段である。

（第２実施形態）
次に図５、図６により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成及び製造方法を説明する。図５は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０構成を示す断面図であり、図１に示すＬＥＤ発光装置１０と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。図５に示すＬＥＤ発光装置２０が図１に示すＬＥＤ発光装置１０と異なるところは白色樹脂４がＬＥＤ１の側面に加えて蛍光体板３の側面３ｃにも被覆されていることである。
すなわちＬＥＤ発光装置２０の構成においては、蛍光体板３の側面から横方向に出射される光も白色樹脂４によって反射されて上方向へ出射されることで、さらに上方向への出射効率が改善される。

（ＬＥＤ発光装置２０の製造方法）
次に図６によりＬＥＤ発光装置２０の製造方法を説明する。図６はＬＥＤ発光装置２０の製造工程を示す工程図であり、図３に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０の製造工程と略同じ工程であり、その違い部分に付いて説明する。

図６は第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法を示す工程図であるが、工程（ａ）〜（ｃ）までの蛍光体板準備工程、素子配設工程、蛍光体板接着工程は略同じであるが、違いとしては工程（ａ）における蛍光体板３のサイズが図３に示す蛍光体板３より若干小さくなっている。また工程（ｄ）の白色樹脂充填工程においてはＬＥＤ１の側面だけでなく、蛍光体板３の側面３ｃまで充填している。さらに工程（ｅ）の切断分離工程においては、工程（ｄ）に点線です切断線Ｓが蛍光体板３の側面にも白色樹脂の層が形成される位置に設けられており、この切断線Ｓに沿って切断分離を行うことによって、工程（ｅ）の完成体であるＬＥＤ発光装置２０では、ＬＥＤ１の側面から蛍光体板３の側面３ｃまで白色樹脂４によって被覆される。

なお本発明の各実施形態においては、蛍光体板の構成として、透明樹脂に混入した蛍光粒子を沈殿させることによって薄層の蛍光体層を形成する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、透明樹脂シートや薄いガラス板の片面に薄層の蛍光膜を蒸着や印刷によって形成してもよいことは当然である。

上記の如く、本発明においては薄型の蛍光体板と、薄層の白色樹脂によってＬＥＤを被覆することにより、白色樹脂層による反射効果と蛍光体層の薄層化を組み合わせて、小型形状で且つ上方向への放射効率が良く、さらにイエローリング発生の問題を生じないＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することができる。

１、１０１、２０１、３０１ ＬＥＤ
１ａ、１ｂ 突起電極
１ｃ 発光面
３ 蛍光体板
３Ｌ 大判蛍光体板
３ａ、１０２、２０２、３０２ 蛍光体層
３ｃ 側面
４、１０４ 白色樹脂
８ 粘着シート
９ 透明接着剤
１０、２０、３０、１００、２００、３００ ＬＥＤ発光装置
１０３ ケース
１０５ａ、１０５ｂ、２０６ａ、２０６ｂ 配線電極
１０６ａ、１０６ｂ 導電部材
２０３ 透明基板
２０４ 枠体
２０４ａ 反射面
２０６、３０６ 基板
２０９、３０９ ワイヤー
３０２ａ 蛍光粒子
３０７ 透光樹脂

Claims (6)

1. 下面に突起電極を有する半導体発光素子の発光面に接着された蛍光体板と、前記半導体発光素子の側面を被覆する白色樹脂とを有する半導体発光装置であって、前記蛍光体板は片面側に蛍光粒子が凝縮して薄層に構成され、前記蛍光体板の蛍光粒子が凝縮している面側を、前記半導体発光素子の発光面側に接着剤を介して接着してなることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記蛍光体板は前記半導体発光素子の発光面より大きい面積を有し、前記白色樹脂は、前記半導体発光素子の側面と、前記蛍光体板の半導体発光素子の発光面より突出した庇部の下面を被覆する請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記白色樹脂は、前記蛍光体板の側面まで被覆している請求項１または２項に記載の半導体発光装置。
4. 下面に突起電極を有する複数の半導体発光素子を、前記突起電極を接着面として粘着シ−ト上に所定の間隔で配設する素子配設工程と、各半導体発光素子の発光面に、片面側に蛍光粒子が凝縮して構成され蛍光体板を接着剤を介して接着する蛍光体板接着工程と、粘着シ−ト上の各半導体発光素子の間に反射性の白色樹脂を充填する白色樹脂充填工程と、各半導体発光素子の間の白色樹脂を切断して個々の半導体発光素子に分離する切断分離工程とを有することを特徴とする導体発光装置の製造方法。
5. 前記白色樹脂充填工程において、前記白色樹脂は蛍光体板の側面まで充填されている請求項４記載の体発光装置の製造方法。
6. 片面側に蛍光粒子が凝縮して構成された、大判蛍光体板を用意する蛍光体板工程と、下面に突起電極を有する複数の半導体発光素子を、その発光面側を接着面として、前記大判蛍光体板の蛍光粒子が凝縮している面側に所定の間隔で接着する素子接着工程と、前記大判蛍光体板に接着された各半導体発光素子の間に反射性の白色樹脂を充填する白色樹脂充填工程と、各半導体発光素子の間の白色樹脂を切断して個々の半導体発光素子に分離する切断分離工程とを有することを特徴とする導体発光装置の製造方法。
   

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