JP4535928B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は発光ダイオードなどの発光素子を用いた半導体発光装置に関する。
この種、半導体発光装置として、例えば、特許文献１(特開２０００−２６９５５１号公報）に記載のものがある。
この従来のものは、図１２に代表されるような構造で、リードフレームａを固定する形で樹脂ｂがインサート成型等で形成され、リードフレームａ上にはＬＥＤチップｃがＡｇペーストｆおよび金線ｄによって、電気的および機械的に接続されており、ＬＥＤチップｃの周囲はエポキシ樹脂ｅで保護、封止されている表面実装型ＬＥＤである。
この半導体発光装置においては、リードフレームａは指定パターン形状に形成され、Ａｇメッキを施された状態で樹脂ｂ内にインサート成型され、リードフレームａ上にＬＥＤチップｃをＡｇペーストｆおよび金線ｄによって、電気的および機械的に接続し、エポキシ樹脂ｅまたはシリコン樹脂で封止した後、不要部分のリードをカット、コの字型に折り曲げ、実装基板と接合するための端子部を形成するようなものである。
このような半導体発光装置においては、赤、青、黄色や青色を蛍光体で励起した白色発光など、同一色を１〜複数素子搭載したものや赤、青、緑を１製品内に搭載したＲＧＢ発光タイプ等のものがある（例えば、特許文献２(特開平８−１５３８９５号公報）参照）。
特開２０００−２６９５５１号公報
特開平８−１５３８９５号公報
前記図１２に示す従来のものにおいて、青色ＬＥＤで蛍光体を励起した白色発光タイプで複数個搭載したものや、赤、青、緑の３原色のＬＥＤを各々搭載したＲＧＢ発光タイプと呼ばれるものについては、主にＣＣＤの補助ライト光源や、液晶バックライト用光源に搭載されることが多いがそれぞれ次のようなメリット、デメリットがあり、高輝度でかつ演色性に優れたＬＥＤを作ることは難しかった。
（１）青色ＬＥＤで蛍光体を励起した白色発光タイプ：
発光および変換効率がよく、赤、青、緑の３原色を組み合わせて白色を作るＲＧＢタイプと比較して高輝度化が容易である反面、青色ＬＥＤで蛍光体を励起した黄緑成分との組み合わせで擬似的に白色発光を作り出しているため、赤色の成分が殆ど含まれておらず演色性が悪く、特に赤色が映えないなどの問題があった。
（１）青色ＬＥＤで蛍光体を励起した白色発光タイプ：
発光および変換効率がよく、赤、青、緑の３原色を組み合わせて白色を作るＲＧＢタイプと比較して高輝度化が容易である反面、青色ＬＥＤで蛍光体を励起した黄緑成分との組み合わせで擬似的に白色発光を作り出しているため、赤色の成分が殆ど含まれておらず演色性が悪く、特に赤色が映えないなどの問題があった。
使用する蛍光体によっては、赤色成分を含ますことは可能であるが効率が悪く実使用としては、未だ改良が必要である。また、その場合においても白色発光タイプは、青色や緑色等、個々の色表示ができず、使用用途は限定される。
（２）赤、青、緑の３原色のＬＥＤを各々搭載したＲＧＢ発光タイプ：
本タイプは、３原色成分を含んでいるため演色性がかなり優れており、ＣＣＤでの撮影や液晶バックライト等に使用した場合は、特に赤色の発色が際立つまた、ＲＧＢが個々に存在するため、色味のバランスを調整することも可能で個々の色を出すことや、様々な色を作り出すことが出来、イルミネーションとしても、優れたものであるが、青色ＬＥＤを蛍光体で励起した白色発光タイプと比較すると個々の発光効率の問題から、明るさを確保することが難しい。
（２）赤、青、緑の３原色のＬＥＤを各々搭載したＲＧＢ発光タイプ：
本タイプは、３原色成分を含んでいるため演色性がかなり優れており、ＣＣＤでの撮影や液晶バックライト等に使用した場合は、特に赤色の発色が際立つまた、ＲＧＢが個々に存在するため、色味のバランスを調整することも可能で個々の色を出すことや、様々な色を作り出すことが出来、イルミネーションとしても、優れたものであるが、青色ＬＥＤを蛍光体で励起した白色発光タイプと比較すると個々の発光効率の問題から、明るさを確保することが難しい。
そこで、本発明は、高輝度かつ演色性に優れた半導体発光装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた、互いに異なる赤、青、緑および、青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の、発光色をそれぞれ有する４つの素子と、前記素子の各々を覆う樹脂と、該樹脂の周囲を囲むように設けられたリフレクタとを備え、前記白色の発光色を有する素子を覆う樹脂は前記蛍光体を含み、前記リフレクタは、赤、青および緑の各色の発光色を有する素子を一グループとして囲い、白色の発光色を有する素子を一グループとして囲むように形成されている。
また、本発明の他の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた、互いに異なる赤、青、緑および、青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の、発光色をそれぞれ有する４つの素子と、前記素子の各々を覆う樹脂と、該樹脂の周囲を囲むように設けられたリフレクタとを備え、前記白色の発光色を有する素子を覆う樹脂は前記蛍光体を含み、前記基板は前記素子を載置する載置面を有し、該載置面が２段構造とされており、前記白色の発光色を有する素子は、青および緑の素子と異なる段に載置されている。
また、本発明の他の半導体発光装置は、基板と、前記基板上に設けられた、互いに異なる赤、青、緑および、青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の、発光色をそれぞれ有する４つの素子と、前記素子の各々を覆う樹脂と、該樹脂の周囲を囲むように設けられたリフレクタとを備え、前記白色の発光色を有する素子を覆う樹脂は前記蛍光体を含み、前記基板は前記素子を載置する載置面を有し、該載置面が２段構造とされており、前記白色の発光色を有する素子は、青および緑の素子と異なる段に載置されている。
本発明によれば、高輝度かつ演色性に優れた半導体発光装置とすることができる。
図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１および図２は、本発明の半導体発光装置の一例として示す表面実装型ＬＥＤの断面図と平面図である。
図１および図２は、本発明の半導体発光装置の一例として示す表面実装型ＬＥＤの断面図と平面図である。
半導体発光装置は、外部の配線と電気的に接続するための端子(図示せず)を形成した基板１を有する。この基板１上に、４つの異なる発光色の素子２が設けられている。前記４つの異なる発光色は、赤、青、緑、および白色である。前記素子２は、発光ダイオード素子(以下、「ＬＥＤチップ」ということもある)からなる。
この基板１の表面には各素子２の電極と端子(図示せず)を電気的に接続するパターン配線が形成され、その上にはＬＥＤチップ２が搭載される。即ち、ＬＥＤチップ２がＡｇペースト５および金線６によって、基板１と電気的および機械的に接続されている。
図２において、ｉは白色発光部、ｊは青色発光部、ｋは赤色発光部、ｌは緑色発光部である（なお、ｉ、ｊ、ｋ、ｌは、以下に示す各図においても同じである)。
前記各素子２は樹脂７によって覆われている。白色発光部分ｉ以外は、透明または乳白のエポキシまたはシリコン樹脂７で封止されている。白色発光部分ｉには、青色または紫外ＬＥＤ２が搭載され、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８封止されている。
前記樹脂７，８のそれぞれ表面形状は略フラットを基準に、凸レンズ形状、凹レンズ形状が可能である。
また、金線６は逆ワイヤーとすることにより、特に、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８の高さを抑え、使用樹脂および含有される蛍光体の量を適切かつ少なくでき、効率のよい白色発光が得られる。ここで、逆ワイヤーとは、特許文献特開２０００−０４９３８４号の図１に示されるように、金ボールを作る第１ボンドを基板１側、高さの低いウエッジボンディングを行う第２ボンドをＬＥＤチップ２側とするボンディング方法を言う。
なお、ＬＥＤチップ２は、裏面電極にＡｕＳｎまたはＳｎ電極を搭載したＬＥＤ素子を用いることにより、Ａｇペースト５を使用せず、その合金で基板パターン部と接合することも可能である。接合強度の確保、また、ＬＥＤチップ２から出る熱を効率よく下面に逃がしたい場合は特に有効である。
前記樹脂７，８の周囲を囲むようにリフレクタ９が設けられている。このリフレクタ９は、反射面１０を有する。前記リフレクタ９の反射面１０に、金属蒸着またはめっきが施されている。
前記リフレクタ９は、前記４つの素子２それぞれを囲むように形成されている。
即ち、リフレクタ９は、各色それぞれに形成されており、それぞれに有効な角度で反射面１０が形成されている。それぞれにリフレクタ９を設けることにより、４つの素子２と反射面１０との距離を各々最適に設定することが出来、光を効率よく前面に取り出すことが可能であるとともに、指定距離に離れた照射面にそれぞれの光を効率よく照射し、混色も容易に可能である。
即ち、リフレクタ９は、各色それぞれに形成されており、それぞれに有効な角度で反射面１０が形成されている。それぞれにリフレクタ９を設けることにより、４つの素子２と反射面１０との距離を各々最適に設定することが出来、光を効率よく前面に取り出すことが可能であるとともに、指定距離に離れた照射面にそれぞれの光を効率よく照射し、混色も容易に可能である。
なお、反射面１０は、高反射率の白色樹脂でも可能であるが、金属を蒸着またはめっきすることにより、さらに反射率を上げることが出来、高輝度化が可能である。また、指定距離以外でもさらに混色性を上げたい場合は、各色間の反射面１０を外周反射面より低くすることも有効である。
図３および図４に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記リフレクタ９は、赤、青および緑を一グループとして囲い、白色を一グループとして囲むように形成されている。
この実施の形態は、前記図１および図２のものをベースとし、白色発光と、赤、青、緑のＲＧＢ発光とを、別々のリフレクタ９で形成している点において前記実施の形態とは相違している。
この実施の形態では、ＲＧＢが一体型となっているため、それぞれの素子２から反射面１０までの距離が異なるため、光を前面に取り出す際に光軸が若干ズレてしまいそれぞれの効率は落ちてしまう事になるが、特にＬＥＤ直視時および指定距離の照射面以外でも混色性は格段に向上する。また、図１，２の実施の形態よりも、製品サイズの小型化が可能となる。
本半導体発光装置は、まず、白色のＬＥＤチップ２を所定の輝度となるまで発光させ、赤、緑、青のＬＥＤチップ２の輝度を調整して所定の色調となるようにすることができる。そうすることにより、高輝度かつ演色性に優れた半導体発光装置とすることができる。
図５および図６に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記リフレクタ９は、赤、青、緑および白色の全色を一グループとして囲むように形成されている。
この実施の形態は、表面実装型ＬＥＤの実施例であり、前記図３のものをベースとし白、赤、青、緑色発光全てが、一つのリフレクタ９で形成している。
本装置の特徴は、全てが一体型となっているため、それぞれの素子２から反射面１０までの距離が異なるため、光を前面に取り出す際に光軸が若干ズレてしまい、それぞれの効率は落ちてしまう事になるが、特にＬＥＤ直視および指定距離の照射面以外でも混色性は格段に向上する。
前記図３のものと異なるのは、白色も含め一体型としているため、白色発光時はＲＧＢ発光部の発光ムラ（非混色性）を目立たなくする効果もある。また、図３の実施形態よりも、さらに製品サイズの小型化が可能となる。
なお、本図では、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８をエポキシまたはシリコン樹脂７で覆っている形となっているが、リフレクタ９内で個別にすることも可能である。
図７および図８に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記基板１は前記素子２を載置する載置面１１を有し、該載置面１１が２段構造とされている。そして、前記白色の素子２は、他の色の素子２と異なる段に載置されている。この実施の形態では、白色の素子２は、下段に配置され、その他の色の素子２は上段に配置されている。
また、本全てが一体型となったタイプは、図７のようなタイプにすることが望ましい。
ずなわち、基板１を２段構造とし、下段に青色または紫外ＬＥＤチップ２を搭載し、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８で封止する。残りのＲＧＢ素子２は基板１の上段部に搭載する。
ずなわち、基板１を２段構造とし、下段に青色または紫外ＬＥＤチップ２を搭載し、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８で封止する。残りのＲＧＢ素子２は基板１の上段部に搭載する。
本構造にすることにより、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８はポッテイング方式で容易に封止することができ形状が安定するとともに、その他素子２を透明または乳白のエポキシまたはシリコン樹脂７で封止する際、容易に作業が可能となる。
また、蛍光体入りエポキシまたはシリコン樹脂８が下段に隠れた状態となることから、ＲＧＢ発光した際に、それが影になることなく、光を効率よく取り出すことが可能となる。
なお「青と緑色」および「赤と白色」の素子は異なる段に載置することもできる。
図９に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記素子２のうち、白色は前記基板１の中心に配置され、該白色素子２を囲むように赤、青および緑色の素子２が配置されたものである。
図９に示すものは、本発明の他の実施の形態であり、前記素子２のうち、白色は前記基板１の中心に配置され、該白色素子２を囲むように赤、青および緑色の素子２が配置されたものである。
この実施の形態において、さらに混色性を重視する場合は、真ん中に白色を配置し、その周囲に赤、青、緑を略正三角形の頂点の位置に配置することが望ましい。
なお、この方式の際は、赤色のＬＥＤチップ２も下段に配置することが有効である。
青、緑色ＬＥＤチップ２の高さはおよそ１００μｍ程度であるが、赤色ＬＥＤチップ２の高さはおよそ３００μｍと高く、同一段に配置した際は、青、緑発光時に影になることがあり、発光効率を低下させる要因となる。赤色のＬＥＤチップ２も下段に配置することで、本問題が解決し効率のよい発光装置の提供が可能となる。即ち、高さの高いＬＥＤチップを下段に配置し、高さの低いＬＥＤチップからの光の光路を妨げないようにすることで輝度を高くすることができる。
青、緑色ＬＥＤチップ２の高さはおよそ１００μｍ程度であるが、赤色ＬＥＤチップ２の高さはおよそ３００μｍと高く、同一段に配置した際は、青、緑発光時に影になることがあり、発光効率を低下させる要因となる。赤色のＬＥＤチップ２も下段に配置することで、本問題が解決し効率のよい発光装置の提供が可能となる。即ち、高さの高いＬＥＤチップを下段に配置し、高さの低いＬＥＤチップからの光の光路を妨げないようにすることで輝度を高くすることができる。
なお、下段部分の高さについては、白色発光部ｉの素子２が確実に封止できる高さで、且つ、赤色ＬＥＤチップ２の発光層の高さより低いことが望ましい。また、緑色発光を蛍光体励起で行う場合も本方法は有効である。
上記で記載した全ての実施の形態において、図１０のように基板１を２段にし、全てのチップ２を下段に搭載することは、もちろん可能である。製品サイズが若干大きくなるが樹脂封止作業が容易また、安定化し、製造工程が簡略化される。
また、図１１の様に、基板１を３段にし、下段および中段に必要な組み合わせの素子２を配置し３段目を封止樹脂のダムとして形成することにより、前記図７の実施の形態をさらに樹脂封止作業が容易また、安定化し、製造工程が簡略化されるものとする事が出来る。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
本発明は半導体発光装置産業において利用可能である。
１ 基板、２ 素子（ＬＥＤチップ）、９ リフレクタ、１０ 反射面、１１ 載置面。
Claims (7)
- 基板と、前記基板上に設けられた、互いに異なる赤、青、緑、および、青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の、発光色をそれぞれ有する４つの素子と、
前記素子の各々を覆う樹脂と、
該樹脂の周囲を囲むように設けられたリフレクタとを備え、
前記白色の発光色を有する素子を覆う樹脂は前記蛍光体を含み、
前記リフレクタは、赤、青および緑の各色の発光色を有する素子を一グループとして囲い、白色の発光色を有する素子を一グループとして囲むように形成されている、半導体発光装置。 - 基板と、
前記基板上に設けられた、互いに異なる赤、青、緑、および、青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の、発光色をそれぞれ有する４つの素子と、
前記素子の各々を覆う樹脂と、
該樹脂の周囲を囲むように設けられたリフレクタとを備え、
前記白色の発光色を有する素子を覆う樹脂は前記蛍光体を含み、
前記基板は前記素子を載置する載置面を有し、該載置面が２段構造とされており、
前記白色の発光色を有する素子は、青および緑の各色の発光色を有する素子と異なる段に載置されている、半導体発光装置。 - 前記リフレクタの反射面に、金属蒸着またはめっきが施された、請求項１または２記載の半導体発光装置。
- 前記リフレクタは、赤、青、緑および青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の発光色を有する全ての素子を一グループとして囲むように形成されている、請求項２記載の半導体発光装置。
- 前記青および緑色の発光色を有する素子と、赤および青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の発光色を有する素子とは、互いに異なる段に載置されている、請求項２記載の半導体発光装置。
- 前記素子のうち、青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の発光色を有する素子は前記基板の中心に配置され、該青色または紫外ＬＥＤと蛍光体との組合せによる白色の発光色を有する素子を囲むように赤、青および緑色の発光色を有する素子が配置された、請求項２記載の半導体発光装置。
- 前記赤、青および緑色の発光色を有する素子は、正三角形の頂点の位置に配置された、請求項６記載の半導体発光装置。
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