JP2013506273A - 半導体発光装置及びそのパッケージ方法 - Google Patents

Abstract

本発明は発光装置に関するものであり、基板、封止材、半導体発光チップ、チップリード線、及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を備え、半導体発光チップの上は封止材と複合発光構造で封止され、複合発光構造は封止材の上を覆っている半導体発光装置を提供する。本発明は、さらに半導体発光装置のパッケージ方法を提供する。この方法は、低温条件で行われ、発光性能の信頼性と安定性の向上が可能である。この半導体発光装置は、発光面積が大きく、発光均一性が良く、グレアの防止に有効であり、使用寿命が長い。
【選択図】図１

Description

本発明は発光装置に関し、具体的に半導体発光装置及びそのパッケージ方法に関する。

伝統的な発光基体の材料には蛍光粉末、ナノ結晶やガラスなどがある。ガラスは、結晶と蛍光粉末に対して、透明性、硬度、化学安定性及び光学特性に優れている特徴があり、また、表示装置や照明光源のような様々な寸法と形状を有する製品に加工されることができるので、広く注目され、応用されている。

発光ガラスは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、液晶ディスプレイ、パネルディスプレイ、プラズマディスプレイなど、各種類の発光装置に用いられる。その中、ＬＥＤは長寿命、低エネルギー消費、ハイスピード起動などの優れた特徴があるので、表示ランプ、自動車ランプ、大画面ディスプレイや照明などの分野に広く使用されている。現在、常用の白色ＬＥＤは、ＬＥＤチップと蛍光粉末粘着剤）との組み合わせで白色光を得る。典型的な白色ＬＥＤパッケージ工程では、ワイヤーボンディングの後、チップに蛍光グルーを分配してから焙焼を行うという手順を採用する。上記の様なパッケージ方法は白色ＬＥＤを容易に得ることができるので、商業用白色ＬＥＤの封止に広く使用されており、そして商業用白色ＬＥＤの発光効率が８０ｌｍ／Ｗに達する。

しかしながら、このようなパッケージ方法は、（１）高温条件下で長時間光照射されていると、蛍光粉末及び有機封止材の老化が起こるので、白色ＬＥＤの光減衰が起こり、装置の使用寿命が短くなり、（２）パッケージ工程において、蛍光粉末の均一塗布が困難であるので、装置発光の一致性が悪くなり、絞り現象が発生しやすく、（３）白色ＬＥＤは小面積上の発光が強くグレア（glare）がひどい、という問題がある。その他、従来の白色ＬＥＤをパッケージするために沢山の工程を経る必要があり、各種のグルーの焙焼工程に時間が掛かり、コストも高い。

本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、発光面積と発光均一性を向上させ且つグレア防止に有効な、使用寿命が長い半導体発光装置を提供する。

本発明はさらに、プロセス条件が簡単であり、且つ低コストの半導体発光装置のパッケージ方法を提供する。

基板、封止材、半導体発光チップ、チップリード線、及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を備える半導体発光装置であって、上記半導体発光チップは上記基板に設けられ、上記封止材と上記複合発光構造は上記半導体発光チップの上に封止され、上記複合発光構造は封止材の上を覆っている。

また、半導体発光装置のパッケージ方法は、
ガラスと蛍光粉末を一体化した複合発光構造を製造するステップと、
半導体発光チップを基板にダイボンディングしてリード線を溶接するステップと、
封止材及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を用いて、上記複合発光構造が封止材の上を覆うように半導体発光チップを封止することで、半導体発光装置を製造するステップと、を含む。

上記技術案では、封止材の上を覆うガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造は、伝統的にチップの上を覆う蛍光粉末の面積より大きい面積を有することによって、半導体発光装置の発光面積と発光均一性を向上させ、効果的にグレアを防止することができる。同時に、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造により、その中に分散した蛍光粉末が空気中の湿気からの影響を受けないことを保護することができ、蛍光粉末と有機封止材との直接接触を避けることができ、その結果、その発光特性の劣化を防ぎ、半導体発光装置の使用寿命を延長することができる。なお、パッケージする時、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構が封止材の上を覆うことで、チップ表面に蛍光粉末を塗布する工程を省略でき、パッケージ工程を簡単化することができるので、生産率の向上と生産コストの低減を図る。

以下、図面と実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明する。
本発明の第一実施例に係る半導体発光装置の構成を示す図である。 図１の複合発光構造を示す図である。 本発明の第一実施例に係る半導体発光装置の製造方法フローを示す図である。 図１の複合発光構造の形成工程フローを示す図である。 本発明の第二実施例に係る半導体発光装置の構成を示す図である。 図５の複合発光構造の形成工程フローを示す図である。 本発明の第三実施例に係る半導体発光装置の構成を示す図である。 本発明の第四実施例に係る半導体発光装置の構成を示す図である。

本発明の目的、技術案及び利点をより明瞭にするため、以下、本発明を図面と実施例に基づいて更に詳しく説明する。なお、本発明の実施例は以上に説明したとおりであるが、本発明は上記実施例に何らか限定されない。

図１は本発明の第一実施例に係る半導体発光装置の構成を示す図である。上記半導体発光装置１００は、基板２０２、封止材２０４、半導体発光チップ２０１、チップリード線２０５、及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造１０７を備える。ここで、半導体発光チップ２０１は基板２０２の上に設けられ、半導体発光チップ２０１は複合発光構造１０７と封止材２０４で封止され、複合発光構造１０７は封止材２０４の上に覆っている。

具体的には、該当半導体発光チップ２０１は、波長区域４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色ＬＥＤチップであってもよい。他の具体的な実施例において、該半導体発光チップ２０１は、波長区域２２０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫色ＬＥＤチップである。本実施例では、波長４５５ｎｍの青色ＬＥＤチップを使用した。基板２０２はレフレクターカップ２０３を備え、半導体発光チップ２０１はレフレクターカップ２０３内に設けられる。封止材２０４は、例えばエポキシ樹脂、シリカゲル、アクリル樹脂、加熱可塑物、ウレタン材料などから選ばれる一種の有機透明封止材であり、レフレクターカップ２０３内の半導体発光チップ２０１に塗布又は充填される。チップリード線２０５は、基板２０２の上に設けられた外部のボンディングパッドと接する。

図２は、本実施例における、ガラス基質１０８とガラス基質１０８内に分散した蛍光粉末とを含む複合発光構造１０７を示す図である。その中、ガラス基質１０８は、ガラス板を加熱し軟化させてから固化させることで形成される。その詳しい形成ステップは後述する。

ガラス基質１０８は適した様々な低融点ガラスを用いられ、例えばホウ酸塩ガラスに限らず、Ｎａ_２Ｏ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２も使える。適した低融点ガラスの軟化温度は２００°Ｃ〜８００°Ｃであるが、２００°Ｃ〜６００°Ｃであることが好ましい。本実施例のガラス基質１０８はナトリウム・硼素・珪素系ガラスである。

具体的な実施例において、ガラス基質１０８は２枚のガラス部１０１ａとガラス部１０３ａとを含み、蛍光粉末は、２枚のガラス部１０１ａ,１０３ａの中に嵌め込み、ガラス部１０１ａ,１０３ａの間のほぼ中間区域に位置するガラス・蛍光粉末複合部分１０２ａに形成する。ここで、ガラス・蛍光粉末複合部分１０２ａは、ガラス材料と、上記ガラス材料に分散した蛍光粉末とを含む。

具体的な実施例において、蛍光粉末は、波長区域４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの青色半導体発光チップにより励起された赤色蛍光材料、緑色蛍光材料或いは黄色蛍光材料から選ばれる少なくとも一種である。ここで、赤色蛍光材料は、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、及び希土類イオンにより活性化されたアルカリ土類金属ケイ酸窒化物蛍光粉末などであっても良い。黄色蛍光材料は、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット系蛍光粉末（ＹＡＧ：Ｃｅ）、セリウムをドープしたテルビウムアルミニウムガーネット系蛍光粉末（ＴＡＧ：Ｃｅ）、希土類イオンにより活性化された珪酸塩系蛍光粉末、又は２価のユウロピウムにより活性化された窒化物（又は窒素酸化物）蛍光粉末等であってもよい。緑色蛍光材料は、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ等であってもよい。ここで、ガラス・蛍光粉末複合発光材は、半導体発光チップ２０１からの青い光により励起されて光を発し、その光が残りの青色光と複合し白色光を発光する。本実施例に使用した蛍光粉末は、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光粉末であるが、市販の商業用蛍光粉末（中国大連路明発光科技股▲ふん▼有限公司製、製品番号：ＬＭＹ−６５−Ｃ）を使用してもよい。

他の具体的な実施例において、蛍光粉末は、波長区域２２０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫色半導体発光チップにより励起された赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、黄色蛍光材料或いは青色蛍光材料から選ばれる少なくとも一種である。ここで、赤色蛍光材料は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、及び希土類イオンにより活性化されたタングステン酸塩、モリブデン酸塩、ガラート、珪酸塩、アルミン酸塩、バナジン酸塩、ホウ酸塩等であってもよい。黄色蛍光材料は、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット系蛍光粉末（ＹＡＧ：Ｃｅ）或いはセリウムをドープしたテルビウムアルミニウムガーネット系蛍光粉末（ＴＡＧ：Ｃｅ）であってもよい。緑色蛍光材料は、ＣａＯ・０．５３ＳｉＯ_２・０．３６Ａｌ_２Ｏ_３：Ｃｅ， Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｌａ_２Ｏ_３・０．２ＳｉＯ_２・０．９Ｐ_２Ｏ_５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＧｄＭｇＢ_５Ｏ_１０： Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ^２＋、Ｙ_２Ｏ_３・Ａｌ_２Ｏ_３：Ｔｂ、ＭｇＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ^２＋、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ^２＋等であってもよい。青色蛍光材料は、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、ＺｎＳ：Ａｇ、ＣａＯ・０．５３ＳｉＯ_２・０．３６Ａｌ_２Ｏ_３：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｂ_５Ｏ_９Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、ＢａＡｌ_８Ｏ_１３：Ｅｕ^２＋、２ＳｒＯ・０．８４Ｐ_２Ｏ_５・０．１６Ｂ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_８・２ＳｒＣｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ等であってもよい。本実施例における蛍光粉末は、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋と、ＣａＯ・０．５３ＳｉＯ_２・０．３６Ａｌ_２Ｏ_３：Ｃｅ，Ｔｂと、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋との混合物であり、その質量比が０．７：１６：４０である。

図１と図２に示したように、好ましくは、複合発光構造１０７は平板構造であり、封止材２０４を覆う且つレフレクターカップ２０３の内壁に支持される。レフレクターカップ２０３は杯状又は椀状の構造を取ってもよく、複合発光構造１０７は、レフレクターカップ２０３の中又はレフレクターカップ２０３の上方に設けられレフレクターカップ２０３と密閉に連結されても良い。好ましくは、平板状の複合発光構造１０７は、基板２０２の表面又は半導体発光チップ２０１の表面に対して平行するように設置される。複合発光構造１０７は、平板状構造に形成されるので、半導体発光チップ２０１が発光した例えば青色光或いは紫色光によって励起され面発光を形成し、即ち面光源となり、このようにして発光装置１００の発光面積と発光均一性を向上させ、効果的にグレアを防止できる。なお、上記複合発光構造１０７を封止して保護するために、エポキシ樹脂、シリカゲル、アクリル樹脂、加熱可塑物、ウレタン材料など封止材でこの複合発光構造１０７を覆ってもよい。

図１及び図３を参照して、本実施例に係る発光装置のパッケージ方法を説明する。このパッケージ方法は、
ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を製造するステップＳ０１と、
半導体発光チップを基板にダイボンディングしてリード線を溶接するステップＳ０２と、
封止材及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を、上記複合発光構造が封止材の上を覆うように用いて、半導体発光チップを封止することで、半導体発光装置を製造するステップＳ０３と、を含む。

なお、本発明に係る発光装置のパッケージ方法は、上記記載されたステップの手順に限定されるものではなく、ステップの手順を変更しても良く、例えばステップＳ０１はステップＳ０３の前に行わればよい。

ステップＳ０１における複合発光構造は、蛍光粉末をガラス中に挟んでガラスと一緒に加熱し軟化させることにより形成される。図４に示したように、具体的には、複合発光構造の形成は、
蛍光粉末を第一ガラス板１０１の表面に形成することで、蛍光粉末層１０２を形成する蛍光粉末層形成ステップと、
第二ガラス板１０３を蛍光粉末層１０２の上に置き、蛍光粉末層１０２を２枚のガラス板１０１，１０３の間に挟むサンドイッチステップと、
ガラス板１０１，１０３を加熱し軟化させることで、蛍光粉末をガラス板１０１，１０３内に分散させ、ガラス板を固化させた後、一体化した複合発光構造１０７を形成する加熱軟化成型ステップと、を含む。

蛍光粉末層１０２形成ステップにおいて、図４（ａ）に示したように、第一ガラス板１０１の厚さは０．３ｍｍ〜３ｍｍであっても良く、好ましくは０．５ｍｍ〜１ｍｍである。第一ガラス板１０１は、上記のような適切な様々な、例えばナトリウム・硼素・珪素系ガラスなどの低融点ガラスを用いても良い。蛍光粉末層１０２の厚さは５μｍ〜８０μｍであり、好ましくは１０μｍ〜４０μｍである。蛍光粉末は、上記のような蛍光材料の一種又は二種を併用してもよい。本実施例に使用した蛍光粉末はＹＡＧ：Ｃｅ体系蛍光粉末であるが、市販の商業用蛍光粉末（中国大連路明発光科技股▲ふん▼有限公司製、製品番号：ＬＭＹ−６５−Ｃ）を使用してもよい。

蛍光粉末層１０２は、塗布又は堆積、スプレー塗装などの手段で形成されてもよく、例えば、スクリーン印刷技術を用いて第一ガラス層１０１の表面に塗布される。このような成熟したスクリーン印刷技術によれば、複合発光構造の工業化及び大量生産を図り、生産率をより一層向上させることは可能である。

なお、第一ガラス板１０１は、前処理してもよく、例えば、先ずは所望の形にカットされ、その後、ミリングされ平板状にラップ仕上げされる。具体的な実施例において、第一ガラス板１０１は、厚さが０．５ｍｍ以内、寸法が３×３ｃｍ^２である。

サンドイッチステップにおいて、図４（ｂ）に示したように、蛍光粉末層１０２は２枚のガラス板１０１，１０３の間に嵌め込んでいる。ここで、第二ガラス板１０３と第一ガラス板１０１は、需要に応じてそれぞれ異なるガラス材質又は同じガラス材質を使用してもよい。本実施例において、第二ガラス板１０３は、第一ガラス板１０１とほぼ同一な構成、寸法、材質を有し、両方とも前処理などを行った。第一ガラス板１０１と第二ガラス板１０３は互いに異なる材質を使う場合に、様々な要求を応じるように、互いに異なる寸法及び構成を有し、又は一方の中に特定の化学材料（例えば希土元素）をドープして異なる色を有してもよい。そのため、本実施例の製造法により、少なくとも上下２層の材質、寸法又はドープ成分の異なる複合発光構造１０７を製造可能であるが、従来技術なら実現可能性が非常に低い。

加熱軟化成型ステップにおいて、加熱温度が２００°Ｃ〜８００°Ｃ、加熱保持時間は０．５−５時間である。得られる複合発光構造１０７を所望の厚さに制御するため、さらに各ガラス板の全体厚さを調整することが好ましい。同時に、各ガラス板に圧力をかけることで蛍光粉末を各ガラス板内に分散させる。他の具体的な実施例において、図４（ｃ）に示したように、加熱軟化の時、一定重量のプレスブロック１０６を第二ガラス板１０３上に押し付けることで、同時に第一、第二ガラス板１０１，１０３に圧力をかける。ここで、プレスブロック１０６は平板状ガラスあるいは平面金属板であってもよく、そして、その圧力を調整するため、さらにプレスブロック１０６の上に錘など重い物を入れてもよい。第一ガラス板１０１を平面金属板１０４のようなプラットフォームに載せ、第一、第二ガラス板１０１，１０３の回り又は両側に高度調整可能なバリア１０５を設置する。なお、バリア１０５は、加熱軟化条件でプレスブロック１０６による圧力を受ける各ガラス板１０１，１０３が形成された一体化した複合発光構造１０７の最終厚さを制御する役割を担う。次に、図４（ｃ）に示した物を全部一緒に電気炉中に置き、５３０°Ｃまで加熱し９０分間保温し、ガラス板１０１，１０３を軟化させ、プレスブロック１０６による圧力でガラス板１０１とガラス板１０３とを一体化させ、蛍光粉末がドープされたガラス基質１０８を形成する。図４（ｄ）と図２に示したように、冷却固化後、内部に蛍光粉末を含有する一体化した複合発光構造１０７を得る。このようにして、第一、第二ガラス板１０１，１０３はそれぞれガラス部１０１ａ，１０３ａに形成し、蛍光粉末層１０２は第一、第二ガラス板１０１，１０３の間に嵌め込み、ガラス・蛍光粉末複合部分１０２ａは形成される。

上記複合発光構造１０７の形成法で用いられるガラス板１０１，１０３の材質は、特に限定されず、例えば、その中に分散した蛍光粉末は空気中の湿気に影響されない又は発光特性が劣化しないように、光線透過率、加工可能性、不通気性、化学安定性が高いガラス材質を用いてもよい。上記ガラスの軟化点が低いので、蛍光粉末の耐熱性は、ガラスの加熱軟化成形温度に耐えることができ、加熱軟化過程で蛍光粉末の性能が悪くならない。

なお、上記複合発光構造１０７の形成法において、蛍光粉末を各ガラス板１０１，１０３間に挟みガラス板と一緒に加熱することで複合発光構造１０７を形成するので、高温溶融を要らず、加熱温度をガラスの軟化温度に設定すればよい。加熱過程で、蛍光粉末は軟化したガラス中に染込んでガラスと一体化になり、この過程中で、蛍光粉末を破壊しない上に、得られた複合発光構造の発光性能の信頼性と安定性をさらに向上させる。製造過程中で、各種の複雑な設備やプロセスパラメーターの調整などは不要であるので、製造プロセスの操作が簡単であり、且つ生産率が高い。そして、蛍光粉末は高温を受けない又は光に照られないので、蛍光粉末の老化を効果的に防ぎ、使用寿命を延長することができ。また、上記形成過程中、蛍光粉末はガラス基質中でしっかり分散したので、発光の均一性と一致性を高め、絞り現象の発生を防止することができる。

また、伝統的な封止法について、蛍光粉末を樹脂と混ぜ合わせた後塗布を施すので、蛍光粉末が集まったり均一に分散しなかったりすることがあるため、発光の均一性、異なったバッチの製品の一致性を影響する。それに対して、本実施例に係るガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造１０７によれば、蛍光粉末をガラス基質に均一分散でき、且つ蛍光粉末の塗布量を調整することで製品の一致性を保証することができる。

ステップＳ０２中のダイボンディング・ワイヤーボンディングは、従来成熟した技術を採用してＬＥＤ半導体発光チップ２０１を基板２０２上のレフレクターカップ２０３中に固定し、次に半導体発光チップ２０１の上にシリカゲル２０４を充填し、半導体発光チップ２０１を封止してもよい。次に上記の方法で得られた複合発光構造１０７をシリカゲル２０４の上に被せる。なお、シリカゲル２０４を固化処理してもよく、具体的には、封止後にパッケージ体を乾燥炉中に入れ、１００℃〜１３０℃の範囲で１時間〜４時間保温し予備固化を行い、そして１４０℃〜１７０℃の範囲で１時間〜８時間保温し再固化させることで、シリカゲルを完全に固化させて半導体発光装置１００を得る。本実施例において、予備固化温度は１２０℃、予備固化時間は２時間、再固化温度は１６０℃、再固化時間は２時間である。また、例えばシリカゲル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、加熱可塑物またはウレタン材料などから選ばれる一種で、さらに複合発光構造１０７を覆ってパッケージしてもよい。

図５は本発明の第二実施例に係る半導体発光装置３００の構成を示す図である。この半導体発光装置３００は、基板３０２、封止材３０４、半導体発光チップ３０１、チップリード線３０５、及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造３０７を備える。そこで、半導体発光チップ３０１は基板３０２の上に設けられ、半導体発光チップ３０１は複合発光構造３０７と封止材３０４で封止され、複合発光構造３０７は封止材３０４の上を覆っている。基板３０２はレフレクターカップ３０３を備え、具体的な実施例において、基板３０２はレフレクターカップ３０３と一体構成となる。

本実施例に係る半導体発光装置３００の構成は第一実施例に係る半導体発光装置１００の構成とほぼ類似しているが、相違点も幾つかある。その主な相違点は以下とおりであり、例えば、本実施例において、封止材３０４は不活性気体３０４であり、複合発光構造３０７中のガラス基質はリチウム・亜鉛・珪素系ガラスであり、蛍光粉末は沈降塗布法を採用し、ここで使う蛍光粉末は質量比が２：５である黄色蛍光粉末ＹＡＧ：Ｃｅと赤色蛍光粉末ＣａＳ：Ｅｕとの混合物であり、半導体発光チップ３０１は波長４７０ｎｍの青色ＬＥＤチップである。

本実施例に係る半導体発光装置３００の製造方法は、第一実施例に係る半導体発光装置１００の製造方法と大体同じであり、同様にステップＳ０１−Ｓ０３を行い、両者の相違点はステップＳ０１とステップＳ０３にある。

図６は本実施例に係るガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造３０７の形成工程フローを示す図である。本実施例の方法は、第一実施例における複合発光構造１０７を形成するための工程を含むが、以下の相違点があり、即ち、初回のサンドイッチステップを行った後、蛍光粉末層を形成ステップ及び蛍光粉末層を２枚のガラス板で挟むサンドイッチステップをさらに繰り返して、図６（Ｂ）のような多層構造を形成する。図６において、図４と同じ素子は同一番号で記し、説明を省略する。その中、図６に示したように、蛍光粉末層１０２と各ガラス板１０１，１０３を交互に重ねあわせて５層のものになったが、層の数は５層に限定しない。なお、重複したガラス板は、第一ガラス板１０１あるいは第二ガラス板１０３であってもよく、実際需要に応じて選択することができる。この時、各ガラス板１０１，１０３は、互いに同じまたは異なる寸法及び材質を有し、又は異なる成分をドープしてもよく、そして、各蛍光粉末層１０２は、異なる厚さ及び材質を有し、又は他の成分を添加してもよい。これに通じて、複合発光構造の多様化を実現することができる。

図６（Ｃ）と図６（Ｄ）に示したように、このステップは第一実施例（図４に示すように）におけるステップと類似し、相違点は加熱・加圧される対象が多層構造のガラス複合体になる点だけであるので，説明を省略する。冷却固化後、蛍光粉末が分散した多層複合発光構造３０７を得る。

上記の方法によれば、蛍光粉末の塗布厚さ及びガラス板の枚数を制御することで、複合発光構造における蛍光粉末のドープ率、厚度及び光線透過率を制御できるようになる。

第二実施例に係るパッケージ方法のステップＳ０３において、具体的には、先ずは複合発光構造３０７を例えばレフレクターカップ３０３内壁に設置しレフレクターカップ３０３と密閉に連結することで、複合発光構造３０７とレフレクターカップ３０３と基板３０２との間が密閉空間を形成し、次にこの空間へ窒素やアルゴンなどのような不活性気体３０４を充填し、このようにして、パッケージされた半導体発光装置３００を得る。この場合、有機封止材で半導体発光チップ３０１を封止する方法を採用しないので、もう一度固化処理を行う必要はない。そこで、この実施例に係る半導体発光装置３００パッケージ方法は、チップ表面に蛍光粉末を塗布する工程を省略するだけではなく、チップ上に有機封止材で封止するステップも省略するので、パッケージ工程を極めて簡単化し、生産率を高め、生産コストを大幅に減少させ、それに、有機封止材と蛍光粉末の老化を防ぎ、装置の使用寿命を高めることができる。

図７は本発明の第三実施例に係る半導体発光装置４００の構成を示す図である。この半導体発光装置４００は、基板４０２、封止材４０４、半導体発光チップ４０１、チップリード線４０５、及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造４０７を備える。そこで、半導体発光チップ４０１は基板４０２の上に設けられ、半導体発光チップ４０１は複合発光構造４０７と封止材４０４で封止され、複合発光構造４０７は封止材４０４の上を覆っている。基板４０２はレフレクターカップ０３を備える。

本実施例に係る半導体発光装置４００の構成は第一実施例に係る半導体発光装置１００の構成とほぼ類似しているが、相違点も幾つかある。その主な相違点は以下とおりであり、例えば、本実施例において、複合発光構造４０７中のガラス基質はナトリウム・硼素・珪素系ガラスであり、蛍光粉末はスプレー塗装を採用し、ここで使う蛍光粉末は珪酸塩黄色蛍光粉末（大連路明発光科技股▲ふん▼有限公司製、製品番号：ＬＭＳ−５６０−Ｂ）である。本実施例では、５×５の４２０ｎｍ青色ＬＥＤチップを使用した。封止材４０４は、チップ４０１を封止するだけでなく、複合発光構造４０７をさらに封止する。また、レフレクターカップ４０３は階段部４０３ａを有し、この複合発光構造４０７はこの階段部４０３ａの上に架設される。

本実施例に係る半導体発光装置４００の製造方法は、第一実施例における半導体発光装置１００の製造方法と大体同じであり、同様にステップＳ０１−Ｓ０３を行い、両者の相違点は封止されるチップ４０１の数が違うことであるが、そこで説明を省略する。

図８は本発明の第四実施例に係る半導体発光装置５００の構成を示す図である。この半導体発光装置５００は、基板５０２、封止材５０６、半導体発光チップ５０１、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造５０４、及びチップリード線５０５を備える。そこで、半導体発光チップ５０１は基板５０２の上に設けられ、半導体発光チップ５０１は複合発光構造５０４と封止材５０６で封止され、複合発光構造５０４は封止材５０６の上を覆っている。基板５０２はレフレクターカップ５０３を備える。レフレクターカップ５０３はこの複合発光構造４０７を支持するための階段部５０３ａを有する。

本実施例に係る半導体発光装置５００の構成は第三実施例に係る半導体発光装置３００の構成とほぼ類似しているが、相違点も幾つかある。その主な相違点は以下とおりであり、例えば、本実施例において、封止材５０６は不活性気体であり、複合発光構造５０４中のガラス基質はテルライト系ガラスであり、ここで使う蛍光粉末は、質量比が２４．４：３３．６：４２であるＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋と、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂと、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋との混合物である。本実施例では、５×５の３９５ｎｍ紫色ＬＥＤチップを使用した。

本実施例に係る半導体発光装置５００のパッケージ方法は、第二実施例に係る半導体発光装置３００のパッケージ方法と大体同じであり、同様にステップＳ０１−Ｓ０３を行い、且つ気体と発光複合構造によりチップを封止し、両者の相違点は封止されるチップ５０１の数が違うことであり、そこで説明を省略する。

上記各実施例において、封止材の上を覆うガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造は、従来のチップの上を覆う蛍光粉末の面積より大きい面積を有するため、半導体発光装置の発光面積と発光均一性を向上させ、効果的にグレアを防止できる。同時に、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造により、その中に分散した蛍光粉末は空気中の湿気からの影響を受けることがなく、蛍光粉末と有機封止材との直接接触を避けることができ、その結果、その発光特性の劣化を防ぎ、半導体発光装置の使用寿命を延長することができる。なお、パッケージする時、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構が封止材の上を覆うことで、チップ表面に蛍光粉末を塗布する工程を省略でき、パッケージ工程が簡単化になるので、生産率の向上と生産コストの低減を図る。

上記の説明は、本発明の好適な実施例に関するものであり、本発明はそれに限定されず、本発明の主旨範囲内にある様々な修正や変更などは、全て本発明の保護範囲内のものである。

１００…半導体発光装置
１０１…第一ガラス板
１０２…蛍光粉末層
１０３…第二ガラス板
１０４…平面金属板
１０５…バリ
１０６…プレスブロック
１０７…複合発光構造
１０８…ガラス基質
１０１ａ…ガラス部
１０２ａ…ガラス・蛍光粉末複合部分
１０３ａ…ガラス部
２０１…半導体発光チップ
２０２…基板
２０３…レフレクターカップ
２０４…封止材
２０５…チップリード線
３００…半導体発光装置
３０１…半導体発光チップ
３０２…基板
３０３…レフレクターカップ
３０４…封止材
３０５…チップリード線
３０７…複合発光構造

Claims (12)

1. 基板と、封止材と、前記基板に設けられた半導体発光チップと、チップリード線とを備える半導体発光装置であって、
   さらにガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を備え、
   前記封止材と前記複合発光構造は前記半導体発光チップの上に封止され、前記複合発光構造は封止材の上を覆っていることを特徴する半導体発光装置。
2. 前記ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造は、ガラス板を加熱軟化してから固化させることで形成されるガラス基質と、前記ガラス基質内に分散した蛍光粉末と、を含むことを特徴する請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記半導体発光チップは、青色光又は紫色光を発光するチップであり、前記ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造における蛍光粉末は、前記半導体発光チップからの青色光又は紫色光により励起されて発光する蛍光粉末であることを特徴する請求項１に記載の半導体発光装置。
4. 前記半導体発光チップは、青色光を発光するチップであり、前記蛍光粉末は、青色半導体発光チップにより励起された赤色蛍光材料、緑色蛍光材料及び黄色蛍光材料から選ばれる少なくとも一種であることを特徴する請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記蛍光粉末は、紫色半導体発光チップにより励起された赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、黄色蛍光材料及び青色蛍光材料から選ばれる少なくとも一種であることを特徴する請求項３に記載の半導体発光装置。
6. 前記ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造は平板状構造に形成され、チップにより励起され面発光を形成することを特徴する請求項１に記載の半導体発光装置。
7. 半導体発光装置のパッケージ方法であって、
   ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を製造するステップと、
   半導体発光チップを基板にダイボンディングしてリード線を溶接するステップと、
   封止材及びガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を用いて、前記複合発光構造が上記封止材の上を覆うように、半導体発光チップをパッケージすることで、半導体発光装置を製造するステップと、
   を含むことを特徴する半導体発光装置のパッケージ方法。
8. 前記複合発光構造は、蛍光粉末をガラス中に挟んでガラスと一緒に加熱し軟化させることにより形成される請求項７に記載の半導体発光装置のパッケージ方法。
9. 前記複合発光構造の製造ステップは、
   蛍光粉末を第一ガラス板の表面に形成することで、蛍光粉末層を形成するステップと、
   第二ガラス板を蛍光粉末層の上に置くことで、蛍光粉末層を２枚のガラス板間に挟むステップと、
   各ガラス板を加熱し軟化させることで、蛍光粉末をガラス板内に分散させ、各ガラス板を固化させた後、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を形成するステップと、を含むことを特徴する請求項７に記載の半導体発光装置のパッケージ方法。
10. 前記蛍光粉末層を２枚のガラス板間に挟んだ後、蛍光粉末層形成ステップ及び蛍光粉末層をガラス板で挟むステップをさらに繰り返して、ガラス板によって蛍光粉末層が挟まれた構造を多層に形成し、次に前記多層構造を加熱軟化させることで、蛍光粉末が分散された多層複合発光構造を形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置のパッケージ方法。
11. 前記封止材は有機封止材であり、前記パッケージ方法は、有機封止材で前記チップを封止し、前記複合発光構造で前記有機封止材を覆った後、固化処理を行うステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置のパッケージ方法。
12. 前記封止材は不活性気体であり、前記パッケージ方法は、ガラスと蛍光粉末とを一体化した複合発光構造を基板上に設置し、前記複合発光構造と前記基板との間は前記チップを収納する空間を形成し、次にこの空間へ前記不活性気体を充填するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置のパッケージ方法。