(57)【要約】【課題】一定して均一な白色光を生じる白色光ＬＥＤを得る。【解決手段】半導体装置であって、可視光発光半導体と、発光半導体をカプセル封止するよう配置された少なくとも１つの半径を有する透明スペーサと、透明スペーサの上に配置された、蛍光材料を含む層と、発光半導体に接続されて、発光半導体に電力を供給し、発光させるリード・フレームとを有する。【選択図】図３
2010161423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
可視光発光半導体と、
前記発光半導体をカプセル封止するよう配置された少なくとも１つの半径を有する透明スペーサと、
前記透明スペーサの上に配置された、蛍光材料を含む層と、
前記発光半導体に接続されて、前記発光半導体に電力を供給し、発光させるリード・フレームと
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記透明スペーサが、前記発光半導体の上に配置されることと、前記蛍光材料を含む層が、前記透明スペーサによって、前記発光半導体から間隔をあけて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記蛍光材料を含む層の上に配置された保護層が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リード・フレームの１つが、前記発光半導体のリフレクタを形成することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記発光半導体が、前記蛍光材料を含む層によって部分的に別の波長に変換される、所定の波長の光を放出することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記発光半導体が、可視の青色光を放出することと、
前記蛍光材料を含む層に、前記可視青色光の大部分に反応して、前記可視青色光の残りの部分と結合可能な光を発生し、それによって白色光が得られるようにする蛍光物質が含まれていることと
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体装置であって、
可視光を発光する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードをカプセル封止するよう配置された透明なカプセル封止樹脂と、
前記透明なカプセル封止樹脂の上に配置され、三次元方向に延びる蛍光材料を含む樹脂と、
前記発光ダイオードに接続されて、前記発光ダイオードに電力を供給し、発光させるリード・フレームと
を有する半導体装置。
【請求項８】
前記透明なカプセル封止樹脂が、前記発光ダイオードの上に配置されることと、前記蛍光材料を含む前記樹脂が、前記透明なカプセル封止樹脂によって、前記発光ダイオードから間隔をあけて配置されることと、前記蛍光材料を含む前記樹脂が、ほぼ均一な厚さであることとを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記蛍光材料を含む前記樹脂の上に配置された保護樹脂層が含まれることを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記リード・フレームの１つが、前記発光ダイオード用のリフレクタ、及び、前記樹脂用のカップを形成することを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記リード・フレームには、前記発光ダイオードが配置され、前記樹脂がその上に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記発光ダイオードが、前記蛍光材料によって部分的に別の波長に変換されて、均一な白色光を生じることになる、所定の波長の光を放出することを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記発光ダイオードが、可視の青色光を放出することと、
前記蛍光材料に、前記可視青色光に反応して、緑色光を生じる第１の蛍光物質と、前記可視青色光に反応して、赤色光を生じる第２の蛍光物質が含まれていることと、
前記蛍光材料が、それを通る前記可視青色光、及び、それから放出される前記赤色及び前記緑色光から白に見える光を生じることを特徴とする、
請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１４】
半導体装置であって、
サファイア基板と、
前記サファイア層の上に配置されて、可視光を発光する発光ダイオードを形成する、インジウムをドープした窒化ガリウムのエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層をカプセル封止する透明なカプセル封止樹脂と、
前記透明なカプセル封止樹脂の上に配置され、少なくとも１つの半径を有する、ＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質を含む樹脂と、
前記エピタキシャル層に接続されて、前記エピタキシャル層に電力を供給し、可視光を放出させるリード・フレームが含まれている、
半導体装置。
【請求項１５】
前記透明なカプセル封止樹脂が、前記エピタキシャル層の上に配置され、前記蛍光物質を含む樹脂が、前記透明なカプセル封止樹脂によって前記エピタキシャル層から間隔をあけて配置されることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記蛍光物質を含む樹脂の上に配置された保護層が含まれることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記リード・フレームの１つが、前記サファイア基板上において前記エピタキシャル層用のリフレクタを形成することを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記リード・フレームには、前記サファイア基板が配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記エピタキシャル層が、前記蛍光物質を含む樹脂によって部分的に別の波長に変換されて、白に見える光を生じることになる、所定の波長の光を放出することを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記エピタキシャル層が、可視の青色光を生じることと、
前記ＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質を含む樹脂が、前記可視青色光の大部分に反応して、緑色及び赤色光を放出することと、
前記ＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質を含む樹脂が、それから放出される前記緑色及び赤色光と、それを通る残りの前記可視青色光から白に見える光を生じることを特徴とする、
請求項１４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、発光ダイオードに関するものであり、とりわけ、蛍光材料(fluorescent material)を利用する発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、青色の発光ダイオードすなわちＬＥＤは、白色光を放出するＬＥＤデバイスを得るため、蛍光材料と組み合わせて用いられている。白色光は、一般に、波長が４００〜６００ナノメートル（ｎｍ）の範囲にわたって均一であるが、赤色、青色、及び、緑色の組み合わせとして生じる光は、やはり白色に見える。ＬＥＤにインジウム・ガリウム窒化物を用いることによって、強い青色光を生じることが可能である。一般に、より強度の低い赤色及び緑色光、及び、より強度の高い青色光を発生する蛍光物質(phosphor)を用いることによって、白色に見える強い光を発生することが可能である。基本的に、４７０ｎｍの青色光の大部分は、蛍光材料中の蛍光物質にぶつかって、アップシフトされ(up-shifted)、二次緑色及び赤色光が、蛍光物質を通って脱出する残りの青色光を補うことになる。これによって、人間の目に白色に見える光の最終的組み合わせが得られる。
【０００３】
あいにく、青色ＬＥＤ上に層をなす蛍光材料を利用する従来のアプローチでは、明るい白色の中心部が、黄色の環状リング、それに続く青色の環状リング、それに続く黄色の最終環状リングで包囲された、ＬＥＤが得られることが分かっている。これらの環状リングは、必ずしも、ＬＥＤ毎に予測可能に生じるとは限らないので、比較的均一な白色光を生じるＬＥＤもあれば、環状リングに変動を生じるＬＥＤもある。
【０００４】
これらのリングの原因を確認するのは困難であり、従って、この問題を解決する方法を決定するのは困難であった。顧客は、白色からの偏差（逸脱）をＬＥＤの欠陥とみなすので、品質管理において、多数のＬＥＤを廃棄しなければならない。
【０００５】
以上の問題は、ＬＥＤランプ並びに表面実装(surface-mount)ＬＥＤ灯の両方に生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、一定して均一な白色光ＬＥＤが得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本半導体灯は、透明スペーサによって被われた発光ダイオードを備えている。蛍光材料がより均一に照明されて、一定して均一な白色光ＬＥＤが得られるように、透明スペーサによって、ＬＥＤが蛍光材料から分離されている。これによって、黄色及び／または青色光を放出する、白色半導体灯に関する前者の問題が解消される。
【０００８】
本発明の利点については、当該技術者には、添付の図面と関連づけて考察すれば、以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のＬＥＤランプの断面図である。
【図２】先行技術によるＬＥＤ及びそのカプセル封止システムの拡大図である。
【図３】本発明のカプセル封止システムを備えたＬＥＤの拡大図である。
【図４】本発明のカプセル封止システムを利用した、表面実装装置におけるＬＥＤの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図１（先行技術）を参照すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）・ランプが示されている。ＬＥＤランプ１０は、ＬＥＤランプ１０に電力を供給する第１と第２の端子、または、リード・フレーム１２及び１４を備えている。リード・フレーム１２は、ＬＥＤ１８が配置された凹型反射領域１６を備えている。ＬＥＤは、透明なサファイア基板上のインジウムをドープした(indium-doped)窒化ガリウムのエピタキシャル層から造られている。適正な順電圧での直流電流によって作動させると、インジウムをドープした窒化ガリウムのＬＥＤの上部表面には、波長が約４７０ｎｍの青色光が生じる。
【００１１】
ＬＥＤ１８は、ワイヤ・ボンド２０によってリード・フレーム１２に接続され、ワイヤ・ボンド２２によってリード・フレーム１４に接続されている。ＬＥＤ１８上には蛍光材料２４の層が配置されている。蛍光材料２４は、一般に、ＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質の粒子を含む透明なエポキシ樹脂である。アセンブリ全体が、透明なカプセル封止(encapsulation)エポキシ樹脂２６に埋め込まれている。
【００１２】
図１（先行技術）には、環状青色リングの光線を表した矢印２８及び３０も示されている。矢印３２及び３４は、外側環状リングの光線を表し、矢印３６及び３８は、内側黄色環状リングを表している。
【００１３】
次に図２（先行技術）を参照すると、ＬＥＤ１８を保持するカップを形成する反射部分１６を備えた、リード・フレーム１２が示されている。薄い領域４０及び４２とより厚い領域４４を備えた蛍光材料２４の層が、さらに拡大して示されている。簡略化のため、最終的なカプセル封止エポキシ樹脂２６は示されていない。
【００１４】
次に図３を参照すると、ＬＥＤ１８を保持するリフレクタ１６を備えたリード・フレーム１２が示されている。先行技術と同様の部品は、同じ番号で示されている。ＬＥＤ１８をカプセル封止する透明なスペーサ５０が示されており、透明スペーサ５０よりある高さだけ上方に配置された蛍光材料５２が示されている。最終的なカプセル封止エポキシ樹脂２６は、簡略化のため示されていない。
【００１５】
次に図４を参照すると、表面実装装置の装置基板６２に配置された表面実装ＬＥＤ灯６０が示されている。ＬＥＤ６０が、透明スペーサ６４にカプセル封止されており、透明スペーサ６４は、さらに、蛍光材料の層６６及び最終的な透明カプセル封止層６８によって被われている。
【００１６】
動作時、図１のＬＥＤランプ１０（先行技術）は、ＬＥＤのどの部分がｐ接合で、どの部分がｎ接合であるかに従って、リード・フレーム１２または１４に電力が給与される。電力が給与されると、ＬＥＤ１８の上部は、強い青色光を放出する。領域４４に、適正な厚さの蛍光材料が与えられると、約４７０ｎｍの青色光と、それぞれ、５００ｎｍと５５０ｎｍの緑色及び赤色蛍光が適正に組み合わせられて、白色光が生じることになる。
【００１７】
図２（先行技術）に示す領域４０及び４２において、蛍光材料の層が比較的薄い場合、蛍光物質からの光の影響が不十分であるため、青色光は、一般に、光線のライン２８及び３０に沿って青色環状リングを生じることになる。環状青色リングの内側及び外側には、光線３２及び３４と光線３６及び３８による黄色環状リングが生じるが、この場合、蛍光物質は光の一部に影響を及ぼすものの、均一な白色光を生じさせるには不十分である。
【００１８】
ＬＥＤ１８上の材料２４の表面張力によって、ＬＥＤ１８のコーナに近い領域４０及び４２の厚さから、ＬＥＤの中心の上方における領域４４の厚さに及ぶ、さまざまな厚さの領域が生じる。この結果、青色光の不均一な再放射及び前述の環状リングが生じる。これは、蛍光材料２４の層が、ＬＥＤ１８の上及びまわりに配置されている場合に固有のように思われる。
【００１９】
図３に示す本発明の場合、ＬＥＤ１８の上及びまわりに透明スペーサ５０を堆積させ、ＬＥＤ１８からほぼ均一な厚さの蛍光材料の層５２を分離することによって、環状リングが排除されることが確認された。また、蛍光材料の層５２がＬＥＤの上方で均一な厚さになるように、透明スペーサ５０とＬＥＤ１８の上部をちょうど同じ高さにすることも可能であり、これによって、やはりこの問題が解消されることが確認されている。しかし、この後者のアプローチは、円錐状反射領域１６によって形成されるカップにおける透明スペーサ５０のより慎重な体積配分が必要とされる。
【００２０】
図４に示す表面実装ＬＥＤ灯の場合、表面張力（ＬＥＤ１８のサイズでは、重力に比べて大きい）と粘性の組み合わせを利用して、半球形一杯分の透明な紫外線（ＵＶ）硬化樹脂をＬＥＤ１８の上に滴下させ、透明スペーサ６０を形成することが可能である。この樹脂は、全てのコーナを被覆し、その後、ＵＶ光を利用して硬化させられる。これに、やはり、粘性のＵＶ硬化樹脂である、蛍光材料の層６６が後続する。透明スペーサ６４の堆積によって、液滴としての半球が生じ、次に、蛍光材料の層６６が流れて、透明スペーサ６４の半球形状と同じ形状になり、最終カプセル封止６８及び硬化の前に、硬化する。蛍光材料の層６６は、厚さが均一になるので、環状リングの問題は生じない。
【００２１】
熱硬化性による粘性が通常の滴下では、小さいサイズにもかかわらず、ほとんどの樹脂、通常エポキシ、がＬＥＤ１８から流れ出てしまうので、ＵＶ硬化のような高速硬化を行うことが必要になる。その後で、最終カプセル封止層６８を堆積させることが可能になる。
【００２２】
特定の最良の態様に関連して、本発明の解説を行ってきたが、もちろん、当該技術者には、以上の説明に鑑みて、多くの代替、修正、及び、変更案が明らかになるであろう。従って、それは、付属の請求項の精神及び範囲内にあるこうした全ての代替、修正、及び、変更案を包含することを意図したものである。本明細書に記載され、添付の図面に示された全ての事項は、例証を意味するものであって、制限を意味するものではないと解釈すべきである。
【００２３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２４】
（実施態様１）
半導体装置であって、
発光半導体（１８、６０）と、
前記発光半導体（１８、６０）のまわりに配置された透明スペーサ（５０、６４）と、
前記発光半導体（１８、６０）及び前記透明スペーサ（５０、６４）の上に配置された蛍光材料を含む層（５２、６６）と、
前記発光半導体（１８、６０）に接続されて、前記発光半導体に付勢し、発光させる入力端子（１２、１４、６２）と
を有する半導体装置。
【００２５】
（実施態様２）
前記透明スペーサ（５０、６４）が、前記発光半導体（１８、６０）の上に配置されることと、前記蛍光材料を含む層（５２、６６）が、前記透明スペーサ（５０、６４）によって、前記発光半導体（１８、６０）から間隔をあけて配置されることを特徴とする、実施態様１に記載の半導体装置。
【００２６】
（実施態様３）
前記蛍光材料を含む層（６６、５２）の上に配置された保護層（６８、２６）が含まれることを特徴とする、実施態様１に記載の半導体装置。
【００２７】
（実施態様４）
前記入力端子（１２）の１つが、前記発光半導体（１８）のリフレクタ（１６）を形成することを特徴とする、実施態様１に記載の半導体装置。
【００２８】
（実施態様５）
前記発光半導体（１８、６０）が、前記蛍光材料を含む層（５２、６６）によって部分的に別の波長に変換される、所定の波長の光を放出することを特徴とする、実施態様１に記載の半導体装置。
【００２９】
（実施態様６）
前記発光半導体（１８、６０）が、青色光を放出することと、
前記蛍光材料を含む層（５２、６６）に、前記青色光の大部分に反応して、前記青色光の残りの部分と結合可能な光を発生し、それによって白色光が得られるようにする蛍光物質が含まれていることと
を特徴とする実施態様１に記載の半導体装置。
【００３０】
（実施態様７）
半導体装置であって、
発光ダイオードと、
前記発光ダイオードのまわりに配置された透明なカプセル封止樹脂と、
前記発光ダイオード及び前記透明なカプセル封止樹脂の上に配置された蛍光材料を含む樹脂と、
前記発光ダイオードに接続されて、前記発光ダイオードに付勢し、発光させる入力端子と
を有する半導体装置。
【００３１】
（実施態様８）
前記透明なカプセル封止樹脂が、前記発光ダイオードの上に配置されることと、前記蛍光材料を含む前記樹脂が、前記透明なカプセル封止樹脂によって、前記発光ダイオードから間隔をあけて配置されることと、前記蛍光材料を含む前記樹脂が、ほぼ均一な厚さであることとを特徴とする、実施態様７に記載の半導体装置。
【００３２】
（実施態様９）
前記蛍光材料を含む前記樹脂の上に配置された保護樹脂層が含まれることを特徴とする、実施態様７に記載の半導体装置。
【００３３】
（実施態様１０）
前記入力端子の１つが、前記発光ダイオード用のリフレクタ、及び、前記樹脂用のカップを形成することを特徴とする、実施態様７に記載の半導体装置。
【００３４】
（実施態様１１）
前記発光ダイオードを配置し、前記樹脂を滴下した装置基板が含まれていることを特徴とする、実施態様７に記載の半導体装置。
【００３５】
（実施態様１２）
前記発光ダイオードが、前記蛍光材料によって部分的に別の波長に変換されて、均一な白色光を生じることになる、所定の波長の光を放出することを特徴とする、実施態様７に記載の半導体装置。
【００３６】
（実施態様１３）
前記発光ダイオードが、青色光を放出することと、
前記蛍光材料に、前記青色光に反応して、緑色光を生じる第１の蛍光物質と、前記青色光に反応して、赤色光を生じる第２の蛍光物質が含まれていることと、
前記蛍光材料が、それを通る前記青色光、及び、それから放出される前記赤色及び前記緑色光から白に見える光を生じることを特徴とする、
実施態様７に記載の半導体装置。
【００３７】
（実施態様１４）
半導体装置であって、
サファイア基板と、
前記サファイア層の上に配置されて、発光ダイオードを形成する、インジウムをドープした窒化ガリウムのエピタキシャル層と、
前記サファイア基板のまわりに配置された透明なカプセル封止樹脂と、
前記エピタキシャル層の上に配置される樹脂及び前記透明なカプセル封止樹脂を含むＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質と、
前記エピタキシャル層に接続されて、前記エピタキシャル層に付勢し、光を放出させる入力端子が含まれている、
半導体装置。
【００３８】
（実施態様１５）
前記透明なカプセル封止樹脂が、前記エピタキシャル層の上に配置され、樹脂を含む前記蛍光物質が、前記透明なカプセル封止樹脂によって前記エピタキシャル層から間隔をあけて配置されることを特徴とする、実施態様１４に記載の半導体装置。
【００３９】
（実施態様１６）
前記蛍光物質を含む樹脂の上に配置された保護層が含まれることを特徴とする、実施態様１４に記載の半導体装置。
【００４０】
（実施態様１７）
前記入力端子の１つが、前記サファイア基板上において前記エピタキシャル層用のリフレクタを形成することを特徴とする、実施態様１４に記載の半導体装置。
【００４１】
（実施態様１８）
前記サファイア基板を配置した装置基板が含まれることを特徴とする、実施態様１４に記載の半導体装置。
【００４２】
（実施態様１９）
前記エピタキシャル層が、前記蛍光物質を含む樹脂によって部分的に別の波長に変換されて、均一な白に見える光を生じることになる、所定の波長の光を放出することを特徴とする、実施態様１４に記載の半導体装置。
【００４３】
（実施態様２０）
前記エピタキシャル層が、青色光を生じることと、
前記ＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質を含む樹脂が、前記青色光の大部分に反応して、緑色及び赤色光を放出することと、
前記ＹＡＧ／Ｇｄ：Ｃｅ蛍光物質を含む樹脂が、それから放出される前記緑色及び赤色光と、それを通る前記残りの青色光から白に見える光を生じることを特徴とする、
実施態様１４に記載の半導体装置。
【００４４】
〔発明の効果〕
以上のように、本発明を用いると、透明スペーサによって被われた発光ダイオードを備えているので、蛍光材料がより均一に照明され、一定して均一な白色光ＬＥＤが得られる。これによって、黄色及び／または青色光を放出する、白色半導体灯に関する問題が解消される。
【符号の説明】
【００４５】
１０：ＬＥＤランプ
１２、１４：リード・フレーム
１６：凹型反射領域
１８：ＬＥＤ
２０、２２：ワイヤ・ボンド
２４：蛍光材料
２６：カプセル封止エポキシ樹脂
２８、３０：環状青色リングの光線
３２、３４：外側黄色環状リングの光線
３６、３８：内側黄色環状リングの光線
４０、４２：薄い領域
４４：厚い領域
５０：透明スペーサ
５２：蛍光材料
６０：ＬＥＤ
６２：表面実装装置の装置基板
６４：透明スペーサ
６６：蛍光材料の層
６８：カプセル封止層
【図１】
2010161423.tif 000003
【図２】
2010161423.tif 000004
【図３】
2010161423.tif 000005
【図４】
2010161423.tif 000006