(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、該回路基板に実装した複数の半導体発光素子と、該半導体発光素子の発光を波長変換する蛍光体とを備える半導体発光装置において、
前記回路基板の上面の一部を覆い、前記半導体発光素子の実装領域が開口し、他の装置に取り付けるための取り付け部を有する枠体と、
該枠体に固定され、前記蛍光体を含み、前記半導体発光素子の上部を覆う蛍光板と
を備え、
前記枠体は、金属からなり、端部で折り曲がり、前記回路基板を係止し、前記枠体が回路基板からはみ出した部分に前記取り付け部が設けられ、
平面視したとき前記回路基板の少なくとも２つの角部は前記枠体から露出している
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子は透明な透光性部材で被覆され、前記透光性部材は前記半導体発光素子をドーム状に被覆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。
【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出射した光を蛍光体により波長変換する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハーから切り出された半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤダイと呼ぶ）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半導体発光装置（以後とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）が普及している。このＬＥＤ装置は用途に応じて様々な形態をとるが、高出力の発光を得るため多数のＬＥＤダイを一枚の回路基板に実装することがある。
【０００３】
このようなＬＥＤ装置の例として特許文献１の図３には発光装置７０（ＬＥＤ装置）の外観が示されており、さらに同文献１図６にはその断面の一部分が示されている。特許文献１の図３，６を図７，８に再掲示しこの発光装置を説明する。図７は従来の発光装置７０を示す斜視図であり、図８は図７中、Ｘ−Ｘ線に沿って示す断面図である。発光装置７０は、図７に示すように、基板１０（回路基板）と、複数の発光素子７１（ＬＥＤダイ）と、各発光素子７１の電極に接続されたボンディングワイヤ７２（図８参照）と、枠部材７３と、封止部材７４とを備えている。基板１０は、略四角形状に形成され、各発光素子７１の放熱性を高めるため熱伝導性が良好で放熱性に優れたアルミニウムをベース板として使用している。また基板１０はその上面に給電コネクタ１９が設けられ、給電コネクタ１９は給電端子部１６、１７と接続している。
【０００４】
図８に示すように基板１０はアルミニウム製べース板１１の一面に絶縁層１２が積層している。絶縁層１２は、エポキシ樹脂など電気絶縁性の有機材料である。発光素子７１は、反射層１３上にダイボンディングされ、金（Ａｕ）の細線からなるボンディングワイヤ７２により電気的に接続している。また個々の発光素子列（図７参照）はその列が延びる方向に発光素子７１が直列接続し、それぞれの発光素子列同士は並列接続している。このようにして発光装置７０は、各発光素子列の内のいずれか一列がボンディング不良等に起因して発光できなくなることがあっても、発光装置７０全体の発光が停止することがないようにしている。
【０００５】
発光素子７１の実装領域をとり囲む枠部材７３は、未硬化のシリコーン樹脂をディスペンサにより基板１０上に枠状に塗布し、その後加熱硬化して得られる。封止部材７４は、蛍光体を適量含有している透明シリコーン樹脂等の透光性合成樹脂であり、枠部材７３の内側に充填され、反射層１３、並びに正極側給電導体１４、負極側給電導体１５、ボンディングワイヤ７２及びボンディングワイヤ７２の接続部分、各発光素子７１を封止している。また反射層１３、及び正極側給電導体１４、負極側給電導体１５は、三層構成であり、絶縁層１２の上に、第一層１８ａとしての銅パターン、第二層１８ｂとしてのニッケル（Ｎｉ）層、第三層１８ｃとしての銀（Ａｇ）層が積層している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−７１２４２号公報  （図３、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図７，８に示したＬＥＤ装置（発光装置７０）では、封止樹脂７４中に保持されている
蛍光体がＬＥＤダイ（発光素子７１）の発熱により高温になる。ところが蛍光体の中には、常温では波長変換効率など特性が優れていても、高温ではその特性を劣化させるものがある。このため図７，８に示したＬＥＤ装置（発光装置７０）は使用できる蛍光体を制限している。
【０００８】
また個々のＬＥＤ装置（発光装置７０）は、ひとつずつ枠部材７３を塗布しなければならない。量産に際し製造時間を短くしようとすると高精度の塗布装置であるディスペンサを多数準備しなければならないため製造費用の増加を招く。
【０００９】
また特許文献１中には明記されていないが、図７からＬＥＤ装置（発光装置７０）は照明装置に取り付ける際に回路基板（基板１０）の切り欠き部をネジやピンで固定するものと推定される。しかしながら回路基板に切り欠き部を設けることは追加的な工程を必要とするので好ましくない。また基板ベース材がセラミクスである場合にはネジ止めすると割れてしまうことがある。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、常温で特性が良く高温で特性が劣化する蛍光体であっても使用することが可能であり、同時に製造及び他の装置への取り付けが容易な半導体発光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】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、回路基板と、該回路基板に実装した複数の半導体発光素子と、該半導体発光素子の発光を波長変換する蛍光体とを備える半
導体発光装置において、前記回路基板の上面の一部を覆い、前記半導体発光素子の実装領域が開口し、他の装置に取り付けるための取り付け部を有する枠体と、該枠体に固定され、前記蛍光体を含み、前記半導体発光素子の上部を覆う蛍光板とを備え、前記枠体は、金属からなり、端部で折り曲がり、前記回路基板を係止し、前記枠体が回路基板からはみ出した部分に前記取り付け部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体発光装置では、蛍光板が枠体に固定され、蛍光板と半導体発光素子とが隣接していないため、半導体発光素子が発光し高温になっていているときでも蛍光板に含まれる蛍光体の温度上昇は小さい。この蛍光板を支持する枠体は、回路基板と別体であり、プラスチックや金属など一般的な材料により構成できるため短時間で大量に製造できる。さらに他の装置に取り付けるための取り付け部が枠体に含まれ、この取り付け部は枠体の製造工程のなかで形成できる。
【００１４】
前記蛍光板が前記枠体に接着されていても良い。
【００１５】
前記枠体の前記取り付け部が２箇所であっても良い。平面視したとき前記回路基板の少なくとも２つの角部は前記枠体から露出していても良い。
【００１６】
前記半導体発光素子は透明な透光性部材で被覆され、前記透光性部材は前記半導体発光素子をドーム状に被覆していても良い。
【００１８】
前記半導体発光素子が前記回路基板にフリップチップ実装されていても良い。
【００１９】
前記各半導体発光素子が前記透光性部材により個別に被覆されていても良い。
【００２０】
前記半導体発光素子の上面に前記透光性部材が塗布されていても良い。
【００２１】
前記半導体発光素子が側面に反射部材を備えていても良い。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明の半導体発光装置は、蛍光板を支持する枠体が回路基板の一部を覆い、同時に他の装置への取り付け部を有している。半導体発光素子が発熱しても枠体に支持された蛍光板は高温にならないため、常温で特性が良く高温で特性が劣化するような蛍光体でも使用できるようになる。また枠体は、回路基板と別体であり、一般的な部材により形成できるため、短時間で大量に製造できる。さらに枠体の製造時に他の装置に固定するための取り付け部も形成できる。すなわち本発明の半導体発光装置は、常温で特性が良く高温で特性が劣化する蛍光体であっても使用することが可能であり、同時に製造及び他の装置への取り付けが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の外形図。
【図２】図１に示したＬＥＤ装置の断面図。
【図３】図１に示したＬＥＤ装置から蛍光板を除去した状態の平面図。
【図４】図１に示したＬＥＤ装置に含まれる透光性部材の断面図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の平面図。
【図６】本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図７】従来のＬＥＤ装置を示す斜視図。
【図８】図７に示したＬＥＤ装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図１〜６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。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
（第１実施形態）
【００２５】
図１〜４により本発明の第１実施形態のＬＥＤ装置２０（半導体発光装置）を説明する。まず図１によりＬＥＤ装置２０の外形を説明する。図１はＬＥＤ装置２０の外形図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。
【００２６】
（ａ）に示すようにＬＥＤ装置２０を上部から眺めると、略正方形の回路基板２２及び回路基板２２に据え付けられた金属枠２１（枠体）、及び金属枠２１に含まれる枠部２１ｃの内側の領域を占める蛍光板２３が見える。なお回路基板は長方形であっても良い。回路基板２２の左上隅と右下隅には電気接続用の電極２４がある（回路基板２２上の他の配線及び電極は図示していない。以下同様）。金属枠２１は、枠部２１ｃの上下左右に延出部２１ｄがあり、この延出部２１ｄのなかで回路基板２２からはみ出した部分が他の装置に取り付けるための取り付け部２１ａとなる。また取り付け部２１ａにはネジ穴２１ｂがある。
【００２７】
（ｂ）に示すようにＬＥＤ装置２０を正面から眺めると、回路基板２２、及び回路基板２２を覆う金属枠２１が見える。なお（ａ）から分かるように金属枠２１は回路基板２２の一部分を覆っている。（ｂ）において、金属枠２１の枠部２１ｃから前後左右に延出する延出部２１ｄは回路基板２２の端部で折り曲がり、回路基板２２を係止している（後方の延出部２１ｄは図示せず）。また金属枠２１の取り付け部２１ａと回路基板２２の底面同士は高さが等しい。
【００２８】
図２と図３によりＬＥＤ装置２０の内部構造を説明する。図２は図１（ａ）に示したＡ−Ａ線に沿って描いたＬＥＤ装置２０の断面図である。回路基板２２の周辺部に沿って金属枠２１が設置されている。金属枠２１は、枠部２１ｃ及び延出部２１ｄからなり、延出部２１ｄには取り付け部２１ａが含まれる。この取り付け部２１ａにはネジ穴２１ｂがある。また回路基板２２の上面であって金属枠２１の内側の領域には６個のＬＥＤダイ２６（半導体発光素子）が見え、各ＬＥＤダイ２６は上面及び側面を半球状（ドーム状）の透光性部材２５で被覆されている。透光性部材２５の上部には空気層を介して蛍光板２３が存在し、この蛍光板２３の端部は金属枠２１の枠部２１ｃに接着している。
【００２９】
図３は図１（ａ）に示したＬＥＤ装置２０から蛍光板２３を除去した状態の平面図である。金属枠２１の枠部２１ｃは開口しており、この開口部から回路基板２２の上面と、回路基板２２に実装された２６個のＬＥＤダイ２６が見える。各ＬＥＤダイ２６は、上部からは略円形に見えるドーム状の透光性部材２５の底部にある。
【００３０】
回路基板２２はセラミック基板であり、熱伝導率及び反射率の高いアルミナからなる。また回路基板２２は高反射アルミニウム基板表面に絶縁層と配線層を備えたアルミニウム基板を使っても良い。金属枠２１は１００μｍ程度の金属板（ＳＵＳなど）をプレス加工により製造する。このとき同時にネジ穴２１ｂを形成する。金属枠２１のネジ穴２１ｂで他の装置にＬＥＤ装置２０を取り付けるのでセラミック製の回路基板２２を割ることがない。また金属枠２１の代わりに射出成型で製造したプラスチックからなる枠体で代用してもよい。なお金属枠２１は熱伝導性が高いのでＬＥＤ装置２０の放熱に役立っている。
【００３１】
ＬＥＤダイ２６は発光ダイオードであり、サファイア基板等の透明基板を備え、透明基板上に半導体層形成し、半導体層上にアノード電極及びカソード電極を有している。なおサファイア基板は厚さが８０〜１２０μｍ程度であり、半導体層は厚さが１０μｍ弱である。またＬＥＤダイ２６の実装方式はフェイスダウン実装（フリップチップ実装ともいう）でもフェイスアップ実装でも良い。ここでフェイスダウン実装とはアノード電極及びカソード電極を回路基板２２の上面に形成した電極と直接的に接続するものであり、フェイスアップ実装とはサファイア基板を回路基板２２にダイボンディングし、アノード電極及びカソード電極をワイヤにより回路基板２２の上面に形成した電極と接続するものである。
【００３２】
透光性部材２５は透明なシリコーン樹脂であり金型で成型する。透光性部材２５のドーム部（図５参照）同志を分離する場合は、成型後エッチングによりドーム部を分離すると製造し易い。またポッティングによりドーム状の透光性部材２５を形成しても良い。この場合、透光性部材２５の底面と接する回路基板２２の領域においてシリコーン樹脂との親和性を高め、その周辺領域の親和性を低めておき、シリコーン樹脂の表面張力を利用して透光性部材２５の形状を制御する。
【００３３】
なお、透光性部材２５のドーム部毎にＬＥＤダイ２６を一個ずつ被覆した構造であるためドーム部は小さくて済む。このようにすることによりＬＥＤ装置２０を薄型化できる。つまりＬＥＤ装置２０を明るくするため多数のＬＥＤダイ２６を回路基板２２に搭載しても、ＬＥＤダイ２６ごとに透光性部材２５からなるドーム部を形成するとドーム部が小型化する。なお本実施形態では各ドーム部がＬＥＤダイ２６を一個ずつ被覆しているが、数個のＬＥＤダイをまとめてドーム状に被覆しても良い。
【００３４】
蛍光板２３は蛍光体を混練し硬化させたシリコーン樹脂であり、厚さは１００μｍ程度である。蛍光板２３はＬＥＤダイ２６から離れているため、ＬＥＤダイ２６が発する熱の影響を受けにくいばかりでなく、グレア（眩しさ）や方位角による色ムラも低減している。
【００３５】
次にＬＥＤ装置２０の放射光について説明する。ドーム状の透光性部材２５が外側に向かって凸になるよう湾曲しているので、ＬＥＤダイ２６から透光性部材２５に入射した光は、透光性部材２５と空気との界面に達したとき全反射しづらくなり、透光性部材２５から効率よく出射する。その後透光性部材２５から出射した光は、直接若しくは何回か反射して蛍光板２３に入射する。蛍光板２３に入射した光のうち一部分又は全部の光は、蛍光板２３中の蛍光体により波長変換される。この結果、ＬＥＤ装置２０は白色などＬＥＤダイ２６の発光色とは異なった色で発光する。なお前述のように発光にともなってＬＥＤダイ２６が高温になっているが、蛍光板２３はＬＥＤダイ２６と分離しているため、その内部に存在する蛍光体の温度上昇を小さくできる。この結果、常温で特性が良く、高温時に特性が著しく劣化する珪酸塩系の蛍光体が使えるようになる。
【００３６】
前述したように透光性部材２５（図２参照）がドーム状になっている部分（以下ドーム部と呼ぶ）はそれぞれ分離していても良いし、一部が接続していても良い。そこで図４により両方の場合を示し、それぞれの特徴を説明する。図４はＬＥＤ装置２０に含まれる透光性部材２５の断面図であり、（ａ）はドーム部２５ａが分離している場合、（ｂ）はドーム部２５ｂが接続部２５ｃで接続している場合を示している。なお本図の説明では透光性部材２５を、部分的な形状に基づいてドーム部２５ａ，２５ｂ、及び接続部２５ｃというように区別して表示している。
【００３７】
ＬＥＤ装置２０では小さな距離でドーム部２５ａ，２５ｂが隣接しているため、（ｂ）で示したようにドーム部２５ｂの底部に接続部２５ｃがあると金型で製造しやすくなる。しかしながら接続部２５ｃが存在すると、接続部２５ｃが導光体となり、接続部２５ｃに侵入した光が出射しづらくなることを確認している。これに対し（ａ）に示したようにドーム部２５ａがそれぞれ分離していると、前述の迷光がなくなり発光効率が向上する。発光効率を重視するか、作り易さを重視するかによって（ａ）か（ｂ）の構造を選択する。ドーム部２５ａを形成するのに金型を使う場合は、いったん（ｂ）のように接続部２５ｃを有するように透光性部材を成型し、エッチングにより（ａ）のようにドーム部２５ａを分離すればよい。
【００３８】
ＬＥＤ装置２０では蛍光板２３が金属枠２１に接着されていたが、枠体が蛍光板を支持する方法は接着に限らない。例えば、蛍光板が硬質で枠体がプラスチックからなる場合、枠体に係止用の爪を準備し、蛍光板を係止しても良い。またＬＥＤ装置２０の取り付け部２１ａはネジ止めに対応していたが、他の装置への取り付け方法はネジ止めに限定されず、例えば取り付け部がソケットに差し込むような形状であっても良い。
（第２実施形態）
【００３９】
ＬＥＤ装置２０の金属枠２１には取り付け部２１ａが４箇所あったが、取り付け部の個数は４個に限定されない。取り付け部の個数を減らし他の装置への取り付け工程を軽減する第２実施形態として、図５により取り付け部５１ａを２箇所にしたＬＥＤ装置５０を説明する。
【００４０】
図５はＬＥＤ装置５０の平面図である。ＬＥＤ装置５０を上部から眺めると、正方形の回路基板５２、及び回路基板５２に据え付けられた金属枠５１（枠体）、略金属枠５１に含まれる枠部５１ｃの内側の領域を占める蛍光板５３、が見える。回路基板５２の右上隅と左下隅には電気接続用の電極５４がある（回路基板５２上の他の配線及び電極は図していない）。金属枠５１には右下に向かう斜め方向に２個の延出部５１ｄがあり、それぞれの延出部５１ｄが枠部５１ｃに接続している。この延出部５１ｄのなかで回路基板５２からはみ出した部分が他の装置に取り付けるための取り付け部５１ａとなる。また取り付け部５１ａにはネジ穴５１ｂがある。なお枠部５１ｃ内の構造は、図２、図３で示したＬＥ
Ｄ装置２０の内部構造と等しい。
【００４１】
前述のようにＬＥＤ装置５０は取り付け部を２箇所にしたので取り付け工数を減らすことができる。またＬＥＤ装置５０は斜め方向に延出部５１ｄを設けていたが、図の横方向若しくは縦方向に２個の延出部を設けても良い。ＬＥＤ装置５０の回路基板５２は、図１のＬＥＤ装置２０の回路基板２２と比べ金属枠５１で覆われる部分が少ないので、回路基板５２上にＬＥＤダイ以外の部品を追加しなければならないとき、この部品を搭載しやすくなる。
（第３実施形態）
【００４２】
第１及び第２実施形態では、回路基板２２，５２上のＬＥＤダイ２６はフェイスアップ実装でもフェイスダウン実装（以後フリップチップ実装と呼ぶ）でもよかった。フリップチップ実装は、電気的接続のためのワイヤが不要であるため実装面積が小さくて良く、さらにワイヤの影がなくなり発光効率が高くなる。また発光に係る半導体層と回路基板が近接しているため放熱効率も高い。そこで本発明の効果に加え、これらフリップチップ特有の効果を活用できる第３実施形態として図６によりＬＥＤ装置６０を説明する。
【００４３】
図６はＬＥＤ装置６０に含まれるＬＥＤダイ６６の周辺部の断面図である。ＬＥＤダイ６６は回路基板６２に突起電極６６ｄを介してフリップチップ実装されている。なお回路基板６２の電極は図示していない。またＬＥＤダイ６６はサファイア基板６６ａの下に半導体層６６ｃが形成されており、半導体層６６ｃの下面に突起電極６６ｄが付着している。さらにサファイア基板６６ａ及び半導体層６６ｃの側面は反射部材６６ｂで被覆されている。また各ＬＥＤダイ６６の上面は透光性部材６５で被覆され、その上部を蛍光板６３が覆っている。なお図示していない枠体は、図１，５等に示したものと同等であり、蛍光板６３を支持する。
【００４４】
回路基板６２、及び蛍光板６３、透光性部材６５は、ＬＥＤ装置１０，５０の回路基板２２，５２、及び蛍光板２３，５３、透光性部材２５と同じの材料からなる。反射部材６６ｂ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あり、厚さが１００μｍ程度である。突起電極６６ｄはＣｕ又はＡｕをコアとするバンプであり、高さが１０〜３０μｍ程度である。
【００４５】
ＬＥＤダイ６６の半導体層６６ｃで発した光は、半導体層６６ｃに含まれる反射層や反射部材６６ｂによりＬＥＤダイ６６の上方向にのみ出射する。このときサファイア基板６６ａの屈折率が１．７程度であるのに対し、透光性部材６５の屈折率は１．４〜１．５前後であることが多いため、サファイア基板６６ａから直接空気中に光を出射するときより、透光性部材６５を介して空気中に光を出射するときの方が光を引き出す効率が高くなる。なおこの効率向上を無視する場合は透光性部材６５を省くことができる。透光性部材６５は、予めＬＥＤダイ６６に塗布した状態で回路基板６２にフリップチップ実装しても良いし、ＬＥＤダイ６６を回路基板６２にフリップチップ実装してから塗布しても良い。このとき多少回路基板６２の表面に透光性部材６５が付着しても良い。
【００４６】
以上のようにしてフリップチップ実装の特徴の一つである発光効率の良さを改善できる。また透光性部材がＬＥＤダイ６６の側面上面にのみ存在するだけなので、ＬＥＤダイ６６を回路基板６２上に密集させられる。このとき半導体層６６ｃと回路基板６２とが突起電極６６ｄを介して近接しているため放熱効率も高い。なおＬＥＤダイ６６は側面に反射部材６６ｂを備えていたが、サファイア基板６６ａを薄くしていくと側面方向から出射しようとする光が減るので反射部材６６ｂを省くことができる。
【符号の説明】
【００４７】
２０，５０，６０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
２１，５１…金属枠（枠体）、
２１ａ，５１ａ…取り付け部、
２１ｂ，５１ｂ…ネジ穴、
２１ｃ，５１ｃ…枠部、
２１ｄ，５１ｄ…延出部、
２２，５２，６２…回路基板、
２３，５３，６３…蛍光板、
２４，５４…電極、
２５，６５…透光性部材、
２５ａ，２５ｂ…ドーム部、
２５ｃ…接続部、
２６，６６…ＬＥＤダイ（半導体発光素子）、
６６ａ…サファイア基板、
６６ｂ…反射部材、
６６ｃ…半導体層、
６６ｄ…突起電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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