(57)【要約】【課題】簡単な追加工で得られる構造であっても発光色の補正が可能なＬＥＤ装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ装置１０は、サブマウント基板１３上にフリップチップ実装されたＬＥＤダイ１１と、ＬＥＤダイ１１の周囲とサブマウンド基板１３の上面とを被覆する封止樹脂１５を備えている。封止樹脂１５は、蛍光体を含有しており、その上部に拡散層１４が内在している。拡散層１４はサンドブラスト法により拡散材を打ち込んで形成する。また拡散層１４の拡散度合いよりＬＥＤ装置１０の発光色が調整される。【選択図】図１
2014241313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤダイと、
前記ＬＥＤダイの上面を被覆し、蛍光体を含有する封止樹脂と、
前記封止樹脂の上部に内在し拡散材を含む拡散層とを
備えたことを特徴とするＬＥＤ装置。
【請求項２】
前記封止樹脂の上面が粗面であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤダイがマザー基板に接続するための外部接続電極を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ装置。
【請求項４】
周囲に反射枠を備え、前記反射枠の一部が斜面になっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ装置。
【請求項５】
前記封止樹脂がドーム状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性の封止樹脂によりＬＥＤダイを被覆したＬＥＤ装置に関し、さらに詳しくは封止樹脂の散乱により発光色の補正が容易にできるＬＥＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハーから切り出された状態のＬＥＤダイをリードフレームや回路基板に実装し、樹脂やガラス等の透光性部材で被覆してパッケージ化したＬＥＤ装置が普及している。
【０００３】
このＬＥＤ装置は、ＬＥＤダイの発光スペクトルや、蛍光体を含有した封止樹脂、ＬＥＤダイを実装するための基板の反射特性などでその発光色が決まる。しかしながらこれらの条件は常に一定であるわけではないため、ＬＥＤ装置毎に発光色が変動することになる。そこでＬＥＤ装置の発光色が一定の範囲内に入るように、各ＬＥＤ装置の発光色を補正することが要請されるようになった。
【０００４】
このようななかで、発光色を黄色側（長波長側）に補正するものとして、ＬＥＤ装置に含まれる封止樹脂の上面の散乱を利用する手法が知られている。そこで特許文献１の図３を図４に再掲示し、このＬＥＤ装置の構造と発光色の補正について説明する。図４は、発光素子１００ａ（ＬＥＤ装置）の断面図である。なお図中、一部の符号を変えている。図４において、発光素子１００ａに含まれる基板上には発光ダイオードチップ１０８（ＬＥＤダイ）が実装され、封止樹脂部１０５が発光ダイオードチップ１０８を被覆している。封止樹脂部１０５は、蛍光体１１０を含有し、上部に光散乱樹脂部１０６ａを備えている。
【０００５】
発光ダイオードチップ１０８を出射した光の一部は、図中矢印で示すように、光散乱樹脂部１０６ａによって散乱され、このうち封止樹脂部１０５に戻った光が蛍光体１１０により波長変換される。すなわち発光素子１００ａの発光色は光散乱樹脂部１０６ａによって補正される。例えば青色発光ダイオードチップと黄色蛍光体を用いた場合では、発光ダイオードチップ１０８から放射された青色光の一部は光散乱樹脂部１０６ａによって散乱されて封止樹脂部１０５に戻ってくる。この封止樹脂部１０５に戻ってきた青色光は、蛍光体１１０を励起し、黄色光に変換される。この結果、発光ダイオードチップ１０８から放射される光は、青色光の成分が減少し黄色光の成分が増加する。この原理を利用して光散乱樹脂部１０６ａの塗布量を加減すれば発光素子１００ａの発光色を調整できる。
【０００６】
また特許文献２では段落００２６に「光散乱部は、臨界角度内の領域内に設けられることによって、ＬＥＤ光源から出射する擬似白色の色度を黄色よりに調整する」と記載されている。ここで、特許文献２のＬＥＤ光源１００はＬＥＤ装置を意味する。そして特許文献２の図１には、封止部材１０６の上面にドリルによる切削で形成した１０個の光散乱部１０７が示されている。このＬＥＤ光源１００は光散乱部１０７の個数により発光色を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３０３０１号公報  （図３）
【特許文献２】特開２００９−２８３８８７号公報  （段落００２６，図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されたＬＥＤ装置（発光ダイオードチップ１０８）は、封止樹脂（封止樹脂部１０５）の上面に塗布等の追加的な工程により散乱部（光散乱樹脂部１０６ａ）を形成していた。また特許文献２に示されたＬＥＤ装置（ＬＥＤ光源１００）は、封止樹脂（封止部材１０６）の上面にドリルによる切削等の追加的な工程により散乱部（光散乱樹脂部１０７）を形成していた。すなわち特許文献１，２で示されたＬＥＤ装置は、発光色の補正にあたり塗布や切削のように工数の多い追加工が実施された構造になっていた。
【０００９】
そこで本発明は、この課題を解決するため、簡単な追加工で得られる構造であっても発光色の補正が可能なＬＥＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明のＬＥＤ装置は、
ＬＥＤダイと、
前記ＬＥＤダイの上面を被覆し、蛍光体を含有する封止樹脂と、
前記封止樹脂の上部に内在し拡散材を含む拡散層とを
備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のＬＥＤ装置は封止樹脂がＬＥＤダイの上面を被覆している。この封止樹脂は蛍光体を含有し、その上部に拡散層が内在している。拡散層はＬＥＤダイから出射してきた光の一部分を封止樹脂の内側に戻すよう機能し、この戻された光が蛍光体により波長変換される。この結果、拡散層がないＬＥＤ装置に比べ、拡散層を備える本発明のＬＥＤ装置は発光色が長波長側にシフトする。また拡散層は封止樹脂の上部から拡散粒子（拡散材）を打ち込むことにより簡単に形成できる。
【００１２】
前記封止樹脂の上面が粗面であっても良い。
【００１３】
前記ＬＥＤダイがマザー基板に接続するための外部接続電極を備えていても良い。
【００１４】
周囲に反射枠を備え、前記反射枠の一部が斜面になっていても良い。
【００１５】
前記封止樹脂がドーム状であっても良い。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明のＬＥＤ装置は、簡単な追加工で得られる構造であるにも係らず、発光色の補正が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図２】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図３】本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図４】従来のＬＥＤ装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図１〜３を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。
【００１９】
（第１実施形態）
図１により本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置１０を説明する。図１はＬＥＤ装置１０の断面図である。図１に示すように、ＬＥＤ装置１０には、サブマウント基板１３
上にＬＥＤダイ１１がフリップチップ実装されており、ＬＥＤダイ１１の周囲及びサブマウント基板１３の上面が封止樹脂１５で被覆されている。ＬＥＤダイ１１は２個の内部接続電極１２を備えており、この内部接続電極１２は図示していないサブマウント基板１３上の配線電極と接続している。さらに封止樹脂１５の上部には拡散層１４が内在している。
【００２０】
サブマウント基板１３は、樹脂、セラミック、絶縁するために表面に絶縁層を備えた金属などを基材とし、配線電極やスルーホールを備えている。ＬＥＤダイ１１は青色発光ダイオードであり、内部接続電極１２上に半導体層と透明絶縁基板が積層している。半導体層は、厚さが１０μｍ弱であり、ｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層を含む。発光層はｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層の境界部となる。透明絶縁基板はサファイヤからなり、厚さが１５０μｍ程度である。
【００２１】
封止樹脂１５は、シリコーン樹脂に蛍光体を含有させたものであり、その上面から透明絶縁基板の上面までの厚さが３００μｍ程度である。拡散層１４は、直径が１０μｍ弱のＳｉＯ２や、酸化チタン、アルミナからなる拡散材をサンドブラスト法により封止樹脂１５の上面に打ち込んだもので、厚さは数十μｍである。
【００２２】
先ずＬＥＤ装置１０の発光について説明する。ＬＥＤダイ１１を発した光の一部は封止樹脂１５や拡散層１４を抜け外部に出射する。ＬＥＤダイ１１を発した光の残りの一部は封止樹脂１５中の蛍光体で波長変換された後、ＬＥＤ装置１０の外部に出射する。ＬＥＤダイ１１を発した光の残りの別の一部は拡散層１４で下方向に戻され、封止樹脂１５中の蛍光体で波長変換された後、ＬＥＤ装置１０の外部に出射する。
【００２３】
次に発光色の補正について説明する。まず拡散層１４のない状態のＬＥＤ装置１０ａ（拡散層１４を形成したらＬＥＤ装置１０になる）の発光色（色度）を測定する。目標とする色度との差をもとめ、あらかじめ作成しておいた補正テーブルに基づいて、ＬＥＤ装置１０ａの上部からサンドブラスト法により拡散材を吹き付ける。なお補正テーブルでは、補正量に応じてサンドブラストの圧力や時間に対する条件が設定される。またサンドブラストにより拡散材が封止樹脂１５中に入り込み拡散層１４が形成される。以上のようにして所望の発光色に補正されたＬＥＤ装置１０が得られる。
【００２４】
なお本補正方法では黄色側（長波長側）への補正しかできない。青側（短波長側）への補正が必要なＬＥＤ装置１０ａについては、例えば封止樹脂１５の表面を滑らかに削って蛍光体を減らすようにしても良い。またＬＥＤダイ１１の直上部をマスクして、ＬＥＤダイ１１からの発光の臨界角より大きくなる封止材１５上面の領域のみ拡散層を形成し、青色光の出射量を多くしても良い。またＬＥＤ装置１０ではＬＥＤダイ１１をサブマウント基板１３にフリップチップ実装していたが、ＬＥＤダイの実装方法はフリップチップ実装に限られず、例えばサブマウント基板にＬＥＤダイをダイボンディングしワイヤボンディングで電極間接続をとっても良い。
【００２５】
（第２実施形態）
第１実施形態として示したＬＥＤ装置１０（図１参照）はサブマウント基板１３を備えていたが、構成部材の削減や小型化を目指す場合、本発明のＬＥＤ装置ではサブマウント基板を用いなくても良い。またＬＥＤ装置１０は、ＬＥＤダイ１１を透光性の封止樹脂１５で被覆していただけであったので、ＬＥＤ装置１０の側方にも光を放射する。これに対し、フラッシュ用光源のように配光を絞る用途では側方に向かう光が有害になることもある。すなわち一般に知られているように本発明のＬＥＤ装置もＬＥＤ装置の側部に反射性の枠を備えていても良い。さらにＬＥＤ装置１０の封止樹脂１５の上面は平坦であったが、全反射による発光効率の低下を防止するため封止部材１５の上面を粗面化しても良い。
そこで図２により第２実施形態として、サブマウント基板がなく、周囲に反射枠を備え、上面が粗面化しているＬＥＤ装置２０について説明する。
【００２６】
図２はＬＥＤ装置２０の断面図である。図２においてＬＥＤダイ１１ａの上面及び側面は封止樹脂１５ａにより被覆され、封止樹脂１５ａの上部には拡散層１４ａが内在している。ＬＥＤダイ１１ａの下部にはマザー基板にＬＥＤダイ１１ａ自身を接続するための外部接続電極１２ａがある。外部接続電極１２ａはアノードとカソードに相当し、ＬＥＤダイ１１ａに含まれる半導体層において層間絶縁膜や多層配線により実装し易い大きさに調整されている。なおマザー基板とは抵抗やコンデンサなど他の電子部品が実装されることがある大判の基板である。
【００２７】
封止樹脂１５ａの周囲には反射枠２１が存在し、反射枠２１の底部には斜面２２がある。反射枠２１はシリコーン樹脂に酸化チタンやアルミナなどの反射性微粒子を混練し硬化させたもので厚さは１００μｍ程度である。
【００２８】
もし仮にＬＥＤダイ１１ａの側面が反射枠２１と接しているとすると（以下ＬＥＤ装置２０ａとよぶ）、ＬＥＤダイ１１ａの透明絶縁基板の側面から出射した光は反射枠２１で反射し再び透明絶縁基板内に戻ってくる。この光はＬＥＤダイ１１ａの半導体層で再吸収されたり、迷光になったりしてＬＥＤ装置２０ａの発光効率を下げてしまう。これに対し本実施形態のＬＥＤ装置２０ではＬＥＤダイ１１ａの側面と反射枠２１との間に封止樹脂１５ａがあるので、ＬＥＤダイ１１ａの側面から出射した光はこの部分で導光されＬＥＤ装置２０の外部に出射する。この結果、ＬＥＤ装置２０はＬＥＤ装置２０ａより発光効率が向上する。さらに反射枠２１の底部に斜面２２を設けると発光効率が向上することを確認している。
【００２９】
封止樹脂１５ａの上面に形成された粗面２３は、拡散層１４ａをサンドブラスト法で形成するとき、拡散材の打ち込みにともなって同時に形成される。前述のように封止樹脂１５ａの上面を粗面化することにより、封止樹脂１５ａと空気との間の界面で生じる全反射を無くせるためＬＥＤ装置２０の発光効率が改善する。なお粗面２３は拡散層１４ａと同様に発光色のシフトを起すので、拡散層１４ａによる発光色の補正おいて粗面２３の影響にも配慮する必要がある。
【００３０】
（第３実施形態）
第２実施形態として示したＬＥＤ装置２０は封止樹脂１５ａの上面を粗面化し発光効率を改善していたが、封止樹脂をドーム状にして発光効率を向上させることもある。そこで図３により本発明の第３実施形態として封止樹脂をドーム状にしたＬＥＤ装置３０を説明する。
【００３１】
図３はＬＥＤ装置３０の断面である。図３において図１と同じ符号は同等の部材を示しており、これらの説明は省略する。ＬＥＤ装置３０と図１のＬＥＤ装置１０との違いは、図３に示した封止樹脂１５ｂと図１において示した封止樹脂１５の形状だけである。この相違に伴い封止樹脂１５ｂの上部に内在する拡散層１４ｂの形状も、ＬＥＤ装置１０の拡散層１４の形状と異なる。
【００３２】
図３において封止樹脂１５ｂはドーム状に形成されている。このため封止樹脂１５ｂから外部に出射しようとする光の入射角が小さくなり全反射が起きにくくなる。拡散層１４ｂもＬＥＤ装置３０の上部からサンドブラスト法により拡散材を打ち込むだけで形成できるため、簡単な追加工で発光色を補正できる。
【００３３】
図２で示したＬＥＤ装置２０は封止樹脂１５ａの上面が粗面２３となっていた。図１，
３で示したＬＥＤ装置１０，３０でも封止樹脂１５，１５ｂの上面を粗面化して発光効率を改善させることができる。このときも粗面は拡散層１４，１４ｂと同時に形成できる。またＬＥＤ装置２０は周囲に反射枠を備え、その反射枠２１の一部が斜面２２になっていた。ＬＥＤ装置１０，３０でも周囲に反射枠を備え、その一部を斜面としても良い。さらにＬＥＤ装置１０，２０でも封止樹脂１５，１５ａをドーム状にしても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１０，２０，３０…ＬＥＤ装置、
１１，１１ａ…ＬＥＤダイ、
１２…内部接続電極、
１２ａ…外部接続電極、
１３…サブマウント基板、
１４，１４ａ，１４ｂ…拡散層、
１５，１５ａ，１５ｂ…封止樹脂、
２１…反射枠、
２２…斜面、
２３…粗面。
【図１】
2014241313.tif 000003
【図２】
2014241313.tif 000004
【図３】
2014241313.tif 000005
【図４】
2014241313.tif 000006