(57)【要約】【課題】  半導体発光素子から発生する熱および光により、蛍光体を含む封止樹脂が劣化するのを防止する構造を備え、長寿命となる半導体発光装置を提供すること。【解決手段】  半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０１を接触しないように覆う蛍光体を含む封止樹脂１０２と、封止樹脂１０２、及び半導体発光素子１０１が配設される基板１０３と、封止樹脂１０２内に、半導体発光素子１０１が配置される空間層１０５と、空間層１０５と連通する排熱口１０６と、を備え、半導体発光素子１０１から空間層１０５へ放熱された熱を排熱口１０６から外部へ排出する。【選択図】図３
2010239004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を接触しないように覆う蛍光体を含む封止樹脂と、
前記封止樹脂、及び前記半導体発光素子が配設される基板と、
前記封止樹脂によって形成され、前記半導体発光素子が配置される空間層と、
前記空間層と連通する排熱口と、
を具備することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記排熱口は、少なくとも1つ以上有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記排熱口は、前記封止樹脂に設けられていることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記排熱口は、前記基板に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記排熱口は、前記基板の一対の電極の夫々に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記排熱口は、前記一対の電極間に配設される絶縁体に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子から発生した熱により、蛍光体層を含む封止樹脂が劣化するのを防止する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光装置が広く用いられている。この半導体発光装置は、例えば、特許文献１に記載されるような構造として、封止樹脂の劣化を防止する技術が提案されている。
【０００３】
この従来の半導体発光装置は、図１に示すように、半導体発光素子１０の周囲に断熱層１１を印刷法により高精度で作製し、該断熱層の外側に蛍光体層１２を設けることで、半導体発光素子１０の発熱が直接蛍光体１１０に触れないようにし、発熱による蛍光体１１０の経時的劣化を改善する技術が開示されている。また、図１は、従来技術を示す模式図である。尚、図１において、引用文献１に記載の図、及び符号を用いているため、ここで説明しない構成要素の符号もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体発光装置において、断熱層１１は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂から選択される１種または２種以上の組み合せからなり、有機物で構成されていることから、半導体発光素子から発生する紫外線などの光エネルギー、熱により変色、劣化などのダメージを受け易い。
【０００５】
このように有機物から構成された断熱層１１が劣化するメカニズムは、熱、光などにより樹脂内にあるベンゼン環に隣接した官能基が、電子移動をしてしまい、発色団であるキノン成分に変化してしまい変色するということが有力な説とされている。
【０００６】
特に、エポキシ樹脂は、光エネルギー、および熱に弱く、半導体発光素子１０の点灯時に発せられる光および熱により劣化が進み、半導体発光素子１０から放出される光を妨げ、明るさを軽減させるという問題がある。また、電流値を上げることにより、半導体発光素子１０から放出する光の明るさは増加するが、半導体発光素子１０の発熱量が増加し、樹脂の劣化を促進させるという問題がある。
【０００７】
このような理由により、有機物、特にエポキシ樹脂が含まれる断熱層１１は、黄変などの経時的劣化を起こし、半導体発光素子１０から放出した光を外部へ取り出す効果を妨げるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは半導体発光素子から発生する熱および光により、蛍光体を含む封止樹脂が劣化するのを防止する構造を備え、長寿命となる半導体発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するために、本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子を接触しないように覆う蛍光体を含む封止樹脂と、前記封止樹脂、及び前記半導体発光素子が配設される基板と、前記封止樹脂によって形成され、前記半導体発光素子が配置される空間層と、前記空間層と連通する排熱口と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体発光素子から発生した熱は、空間層および排熱口を通して外部に放出される。これにより、蛍光体層が半導体発光素子の熱を直接受けることなく、経時的に劣化するのを防止することができる。その結果、長寿命な半導体発光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の半導体発光装置を示す断面図
【図２】第１の実施形態に係る半導体発光装置を示す斜視図
【図３】同、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った半導体発光装置の断面図
【図４】同、変形例の半導体発光装置を示す断面図
【図５】第２の実施形態に係る他の半導体発光装置を示す斜視図
【図６】同、変形例の半導体発光装置を示す斜視図
【図７】第３の実施形態に係る半導体発光装置を示す分解斜視図
【図８】同、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った半導体発光装置を示す断面図
【図９】第４の実施形態に係る他の半導体発光装置を示す分解斜視図
【図１０】同、図９のＸ−Ｘ線に沿った半導体発光装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の実施の形態について説明する。図２に第１の実施の形態に係る半導体発光装置の斜視図を、図３に図２の半導体発光装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示す。また、図４に半導体発光装置の変形例を示す。
【００１３】
図２、および図３に示す、半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０１と、封止樹脂である蛍光体層１０２と、外部へ導通する基板であるリード電極１０３ａ，１０３ｂを構成する電極一体基板１０３と、この電極一体基板１０３のリード電極１０３ａ，１０３ｂ同士の電気的短絡を防止するための絶縁体である絶縁性物質１０４と、を備えて主に構成されている。
【００１４】
半導体発光素子１０１は、電極一体基板１０３の各リード電極１０３ａ，１０３ｂと電気的に接続されている。この半導体発光素子１０１は、リード電極１０３ａ（１０３ｂ）にアノード電圧、およびカソード電圧を印加すると発光する。尚、半導体発光素子１０１の実装形態は、ここではフリップチップボンディングとして図示しているが、他にもワイヤーボンディング、はんだ、電導性接着剤、ＡＣＦ、ＮＣＰなどの工法を用いても良い。
【００１５】
電極一体基板１０３は、Ｃｕ系合金、Ｆｅ系合金などの機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などの優れた母材を用い、この母材表面には、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｎｉめっきなどを施している。尚、電極一体基板１０３は、図４に示すような構造でも良く、外部に接続を取り出せる構造であれば制限はない。この場合、セラミックなどの絶縁物質から形成された絶縁体の基板１０３´上にリード電極１０３ａ，１０３ｂを任意に作製することが可能であり、設計の自由度を増大させることができる。
【００１６】
蛍光体層１０２は、蛍光体を含む透明樹脂で構成されており、半導体発光素子１０１を覆うように配設されている。この蛍光体層１０２を形成する透明樹脂としては、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系などを用い、切削、注型、成形などの加工方法で作製される。透明樹脂内は、蛍光体を分散し、濃度が略均一になるように作製されている。
【００１７】
尚、半導体発光素子１０１は、青色発光、または紫外発光の発光素子を用いた場合、黄色蛍光体を用いれば白色光が容易に実現することができる。また、青色ダイオードに赤色蛍光体および緑色蛍光体を用いれば同様にして、白色光を容易に実現することができる。
【００１８】
このように白色光が必要となる場合には、半導体発光素子１０１の発色を考慮して、蛍光体を選択すれば、容易に白色光を実現することができる。また、白色光に限らず、半導体発光素子と蛍光体を適宜選択すれば、所望の発色を実現することができる。
【００１９】
蛍光体層１０２は、図２に示すように４つの脚部１０７が形成された構造である。これら脚部１０７は、蛍光体層１０２における、ここでは四隅下方に延設されたものであり、電極一体基板１０３上に固着される。具体的には、これら４つの脚部１０７は、電極一体基板１０３の面接触する部分が接着剤等（不図示）によって、電極一体基板１０３上に固着されている。
【００２０】
接着剤等による固着後は、半導体発光素子１０１が実装されている面からその反対面に向かった上下方向に蛍光体層１０２と電極一体基板１０３との間、及び左右方向に脚部１０７間に形成された間隙が、本実施の形態の排熱口１０６を構成する。尚、蛍光体層１０２は、図２に示したような、外形が直方体構造だけでなく、ドーム状、円錐状、そして蛍光体層１０２主面の角部にＲ面取り構造を設けるなどしても良い。
【００２１】
空間層１０５は、半導体発光素子１０１と蛍光体層１０２との間に形成された空間である。蛍光体層１０２は、空間層１０５が設けられることにより、半導体発光素子１０１に対して所定の離間距離を保つように配置されており、半導体発光素子１０１と非接触となっている。換言すると、半導体発光素子１０１と蛍光体層１０２とは、一定の距離が保たれるように非接触に配置されている。
【００２２】
以上のように構成された半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０１から発生した熱１０８が空間層１０５に放熱され、排熱口１０６を経て、外部へ放出される構造となっている。そのため、空間層１０５の中に半導体発光素子１０１から発生する熱が停滞することがないため、蛍光体層１０２内部の温度上昇を抑制することができ、熱による蛍光体層１０２への劣化によるダメージを軽減できる。
【００２３】
上記のような構成により、本実施の形態の半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０１から発生した熱が空間層１０５、および排熱口１０６を通して外部に放出される。このことから、蛍光体層１０２が半導体発光素子１０１からの発熱による黄変などの経時的劣化を抑制し、蛍光体層１０２を含む樹脂の劣化を防止することができる。
【００２４】
以上の説明から、本実施の形態の半導体発光装置１００は、蛍光体層１０２が半導体発光素子１０１からの熱を直接受けることなく、経時的に劣化するのを防止することができる。その結果、長寿命な半導体発光装置１００を実現することができる。
【００２５】
また、半導体発光装置１００は、半導体発光素子１０１と蛍光体層１０２とが一定の距離が保たれるように非接触に配置されているため、蛍光体層１０２が半導体発光素子１０１と直接に接触した状態よりも、半導体発光素子１０１からの光エネルギーの影響を受け難くなり、有機物、特にエポキシ樹脂から形成した蛍光体層１０２への劣化によるダメージも軽減される。
【００２６】
（第２の実施形態）
第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、前記排熱口１０６の構成における変形例について示したものである。図５、および図６に第２の実施の形態に係る半導体発光装置の斜視図を示す。尚、第１の実施の形態にて説明した半導体発光装置１００と同一の構成要素については、それらの説明を省略すると共に、同一の符号を用いる場合がある。
【００２７】
図５に示すように、半導体発光装置２００は、蛍光体層２０２に少なくとも１つ以上、つまり、複数の排熱口２０６を形成した構成となっている。尚、蛍光体層２０２は、下方縁辺部２０７が電極一体基板１０３上に接着されている。
【００２８】
これら複数の排熱口２０６は、蛍光体層２０２を貫通しており、空間層（１０５、図５においては不図示）と外部空間を連通する、ここでは複数の孔部である。半導体発光素子（１０１、図５においては不図示）から発生した熱は、蛍光体層２０２に形成された複数の排熱口２０６を通過し、外部空間へと放出される。
【００２９】
排熱口２０６は、作製方法として、切削、注型などの加工方法で作製される。尚、その形状、サイズ、位置などは不問である。
【００３０】
尚、図６に示すように、半導体発光装置２００は、蛍光体層２０２が電極一体基板１０３上に当接する箇所に、逆三角形状の脚部２０８を複数設けた構造としても良い。例えば、蛍光体層２０２の下部を山切りに加工する。
【００３１】
この場合、電極一体基板１０３と蛍光体層２０２との間に形成された断面三角形の間隙が排熱口２０６ａとしての機能を有する。
【００３２】
このような構造を有した蛍光体層２０２の作製方法として、上述と同様に切削、注型などの加工方法で作製される。尚、これらの脚部２０８は、電極一体基板１０３、または絶縁性物質１０４に接着剤（不図示）などで固着される。
【００３３】
以上に説明した本実施の形態の半導体発光装置２００でも、第１の実施の形態と同様の効果を奏する構成とすることができる。  
蛍光体層２０２の形状は、勿論、ここでも、図６に示すような直方体だけでなく、ドーム状、円錐状でも可能である。
【００３４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について説明する。図７は、第３の実施の形態に係る半導体発光装置を示す分解斜視図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った半導体発光装置を示す断面図である。尚、本実施の形態においても、第１の実施の形態にて説明した半導体発光装置１００と同一の構成要素については、それらの説明を省略すると共に、同一の符号を用いる場合がある。
【００３５】
前記第１、第２の実施の形態に係る半導体発光装置１００，２００においては、排熱口１０６，２０６（２０６ａ）を蛍光体層１０２，２０２、または蛍光体層１０２，２０２と電極一体基板１０３の間隙に設けたが、第３の実施の形態に係る半導体発光装置３００は、図７に示すように電極一体基板３０３にも排熱口３０９を設けた構成となっている。
【００３６】
具体的には、電極一体基板３０３は、リード電極３０３ａ，３０３ｂ部分の夫々に、空間層１０５に連通するように半導体発光素子１０１が実装されている面からその反対面に向かった上下方向に開口する孔部である排熱口３０９を形成されている。
【００３７】
これにより、本実施の形態の半導体発光装置３００は、蛍光体層１０２に設けた排熱口１０６と、電極一体基板３０３に設けた排熱口３０９の２方向から、半導体発光素子１０１から発生した空間層１０５に放熱された熱３０８が外部へ容易に逃げることになる。すなわち、半導体発光装置３００は、半導体発光装置１００からの熱３０８が蛍光体層１０２と電極一体基板３０３の間に形成された排熱口３０６、および電極一体基板３０３に形成された排熱口３０９を介して外部空間に放出される。このような構造により、半導体発光装置３００は、第１の形態の効果に加え、半導体発光素子１０１からの熱をより効果的に放熱することが可能である。
【００３８】
尚、半導体発光素子１０１に電気を供給できるような構造であれば、電極一体基板３０３に設けた排熱口３０９の形状、サイズ、位置は、不問である。
【００３９】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態について説明する。図９は、第４の実施の形態に係る半導体発光装置を示す分解斜視図、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿った半導体発光装置の断面図である。
【００４０】
尚、本実施の形態において、第３の実施の形態にて説明した半導体発光装置３００と同一の構成要素については、それらの説明を省略すると共に、同一の符号を用いる場合がある。
【００４１】
本実施の形態に係る半導体発光装置４００は、図９に示す、電極一体基板３０３のリード電極３０３ａ，３０３ｂ間に配設された絶縁体である絶縁物質４０４にも、複数の排熱口４１０を設けた構成となっている。
【００４２】
リード電極３０３ａ，３０３ｂ同士の短絡を防止するために設けた絶縁物質４０４は、空間層１０５に連通するように、半導体発光素子１０１が実装されている面からその反対面に向かった上下方向に開口する孔部となる、少なくとも１つ以上の複数の排熱口４１０が形成されている。
【００４３】
すなわち、これら複数の排熱口４１０は、半導体発光素子１０１が実装されている面からその反対面に向かった上下に向けて、絶縁物質４０４内を貫通するように形成されている。この絶縁物質４０４は、リード電極３０３ａ，３０３ｂ同士の短絡を防止する機能を有していれば、排熱口４１０の形状、サイズは不問である。また、これら複数の排熱口４１０は、切削、注型加工などで形成される。
【００４４】
本実施の形態の半導体発光装置４００は、半導体発光素子１０１から発生した熱４０８が蛍光体層１０２に設けた排熱口１０６と、電極一体基板３０３に設けた排熱口３０９と、絶縁物質４０４に設けた排熱口４１０と、の複数箇所を介して外部空間へ放出される。すなわち、半導体発光装置４００は、第３の形態の効果に加え、半導体発光素子１０１からの熱を、より効果的に放熱することが可能である。
【００４５】
以上の説明から、半導体発光素子１０１から発生した熱４０８は、空間層１０５および排熱口１０６、３０９、４１０を通して外部空間に放出される。従って、空間層１０５に半導体発光素子１０１から発生した熱４０８が停滞することが無いため、蛍光体層１０２が経時的に劣化するのを防止することができる。これにより、上述の各実施の形態と同様に、長寿命な半導体発光装置４００を実現できる。
【００４６】
なお、上記各実施の形態では、半導体発光素子１０１として発光ダイオードを用いたが、これに限定されることなく、レーザダイオードを用いても良いことは勿論である。
【００４７】
以上の各実施の形態に記載した発明は、その実施の形態、および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００４８】
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００４９】
１００，２００，３００，４００…半導体発光装置
１０１…半導体発光素子
１０２，２０２…蛍光体層
１０３，３０３…電極一体基板
１０３ａ，１０３ｂ，３０３ａ，３０３ｂ…リード電極
１０４ 絶縁性物質
１０５ 空間層
１０６，２０６，２０６ａ，３０９，４１０…排熱口
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５０】
【特許文献１】特開２００７-１９４５２５号公報
【図１】
2010239004.tif 000003
【図２】
2010239004.tif 000004
【図３】
2010239004.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010239004.tif 000007
【図６】
2010239004.tif 000008
【図７】
2010239004.tif 000009
【図８】
2010239004.tif 000010
【図９】
2010239004.tif 000011
【図１０】
2010239004.tif 000012