(57)【要約】【課題】  発光素子から効率よく光を取り出す。【解決手段】  ＬＥＤチップ１１と、ＬＥＤチップ１１が主発光面１２を下向きにして載置され、主発光面１２と対向する位置に凹部２２を有するサファイヤ基板２１と、サファイヤ基板２１の凹部２１内に充填され、ＬＥＤチップ１１からの発光を吸収し、発光波長を変換する蛍光体を含んだ樹脂３１とを備え、樹脂３１の蛍光体から発する光の混色をＬＥＤチップ１１の主発光面と反対の面から外部に放出するようにした。【選択図】  図１
2006319061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する支持基体と、
前記支持基体の凹部内に充填され、発光波長を変換する蛍光体を含んだ樹脂と、
前記支持基体に載置され、主発光面が前記凹部と対向する発光素子と、
を備え、前記蛍光体が前記発光素子からの発光を吸収し、前記蛍光体から発する光の混色を前記発光素子の主発光面と反対の面から外部に放出することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記樹脂は、前記発光素子の主発光面と接している又は対向していることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記発光素子は、前記主発光面に電極を有し、前記支持基板とフリップチップボンディングによって接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記発光素子は、前記主発光面と反対の面に電極を有し、前記支持基板とワイヤボンディングによって接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２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、半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体発光装置、例えば発光ダイオードは、発光素子の発光面を上向きにして支持基板上に載置し、この発光素子を蛍光体を含んだ樹脂で覆ういわゆる透過型構造になっている。ところが、この透過型構造では、最も光吸収の大きい発光素子近傍の蛍光体から発光した光が外部に取り出されるまでに、蛍光体により散乱したり、蛍光体に２次吸収されたりすることにより、発光を効率よく取り出すことができないという問題点がある。
【０００３】
また、支持基板上に反射板を設け、この反射板で形成される凹部内に支持基板上に発光素子を載置し、この凹部に蛍光体を含んだ樹脂を充填して、発光素子上面だけでなく、発光素子の底面及び側面から出てくる発光も上面に取りだす反射型構造がある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この反射型構造において、反射により取り出すことができるのは、発光の一部で、主には発光素子の上面から光を取り出す透過型を基本としている。そのため、透過型と同様、蛍光体から発光した光は、外部に取り出されるまでに、蛍光体により散乱したり、二次吸収されたりするので、発光素子近傍の発光を効率よく取りだすことは、この反射型構造においても限界がある。
【特許文献１】特開２００２−９４１２８公報（第５頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、発光素子から効率よく光を取り出すことが可能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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体発光装置は、発光素子と、前記発光素子が主発光面を下向きにして載置され、前記主発光面と対向する位置に凹部を有する支持基体と、前記支持基体の凹部内に充填され、前記発光素子からの発光を吸収し、発光波長を変換する蛍光体を含んだ樹脂とを備え、前記蛍光体から発する光の混色を前記発光素子の発光面と反対の面から外部に放出することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、発光素子から効率よく光を取り出すことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。各実施例の半導体発光装置では、白色発光ダイオードを例にとって説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の実施例１に係る白色発光ダイオードの構造を模式的に示す斜視図、図２は、発光素子の発光面側の平面図である。また、図３は、本発明の実施例１に係る白色発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【０００９】
以下、本実施例１の白色発光ダイオードを図１乃至図３を用いて説明する
図１及び図３に示すように、本実施例に係る白色発光ダイオードは、発光素子であるＬＥＤチップ１１と、発光素子が主発光面を下向きにして載置され、その主発光面と対向する位置に凹部２２を有する支持基板であるサファイヤ基板２１と、この凹部２２内に充填され、蛍光体を含んだ樹脂３１と、そのサファイヤ基板を載置する基板２５とで構成されている。
【００１０】
まず、ＬＥＤチップ１１は、紫外光１５を発光するもので、主発光面１２である上面には、図２に示すように、電力を供給するカソード電極１３、及びアノード電極１４が形成されている。ここで、ＬＥＤチップ１１は、ＳｉＣ基板またはＧａＮ基板またはサファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ系のＰＮ接合を形成した構造である。
【００１１】
支持基板２１は、ＬＥＤチップ１１から発光される紫外光１５に対して透明であるサファイヤ基板を用いている。なお、本実施例では、支持基板２１としてサファイヤ基板を用いたが、紫外光に対して透明な材料である、ＡｌＮ、ＧａＮ、ダイヤモンドなどを用いてもかまわない。このサファイヤ基板２１には、その上面中央部分に蛍光体を含んだ樹脂を封止するための凹部２２が設けられている。
【００１２】
この凹部２２は、ＬＥＤチップ１１のカソード電極１３、及びアノード電極１４を除いたＬＥＤチップ１１の主発光面１２とほぼ同じ形状及び同じ大きさに形成されている。
【００１３】
そして、この凹部２２の周辺部のサファイヤ基板２１上面には、ＬＥＤチップ１１を電気的に接続するカソード電極パターン２３、及びアノード電極パターン２４が設けられている。
【００１４】
そして、図３に示すように、このサファイヤ基板２１の凹部２２上にＬＥＤチップ２１がその主発光面を下向きにして凹部２１と対向させて載置され、ＬＥＤチップ１０のカソード電極１３とサファイヤ基板２１のカソード電極パターン２３、及びアノード電極１４とアノード電極パターン２４とがそれぞれＩｎなどのハンダ材によりフリップチップボンディングされている。
【００１５】
さらに、カソード電極パターン２３及びアノード電極パターン２４は、ワイヤボンディングにより例えばＡｕなどのワイヤ２６で基板２５に敷設されている電極２７、例えば、ストリップラインに電気的に接続されている。そして、そのストリップライン２７から基板に敷設された配線（図示しない）により主電源からＬＥＤチップへ電力が供給される。ここで、カソード電極パターン２３及びアノード電極パターン２４と電極間の接続は、ワイヤボンディング以外にもバンプで接続してもかまわない。
【００１６】
また、サファイヤ基板２１の凹部２２内には、ＬＥＤチップ１１から発光された紫外光１５を白色光１６に波長変換する蛍光体を含んだ樹脂３１がＬＥＤチップ１１の主発光面１２と接するように充填されており、ＬＥＤチップ１１の主発光面１２は、サファイヤ基板２１の凹部２２内の蛍光体を含んだ樹脂３１と接触している。
【００１７】
本実施例では、樹脂３１は、緑色系発光蛍光体、青色系発光蛍光体、赤色系発光蛍光体の３種類の発光色の蛍光体をシリコーン樹脂に対して総量５０％の重量、分散させたものである。この緑色系発光蛍光体としては、希土類リン酸系やケイ酸亜鉛系、青色系発光蛍光体としては、アルカリ土類リン酸系、赤色系発光蛍光体緑色としては、酸化イットリウム系、ホウ酸イットリウム系が用いられる。
【００１８】
上記構造の白色発光ダイオードでは、ＬＥＤチップ１１に電力が供給されると、ＬＥＤチップ１１は主発光面１２からサファイヤ基板２１の凹部２２内の樹脂３１に向けて紫外光１５を発光する。このＬＥＤチップ１１の主発光面１２から発光された紫外光１５の大部分は、その主発光面１２と接する樹脂３１部分において、蛍光体に吸収されて緑色、青色、赤色の3色の光に波長変換され、その3色の発光が混合されて白色光６に変換されてＬＥＤチップ１１の主発光面と反対の面から外部に放出される。
【００１９】
このとき、主発光面と蛍光体を含んだ樹脂は接触し、主発光面方向とは反対方向に波長変換され白色光が放出され、蛍光体を含んだ樹脂にほとんど透過せず白色光を放出するので、蛍光体による散乱や2次吸収などによる損失の影響を抑えることができる。
【００２０】
また、凹部２２内に進んだ一部の紫外光１５は、凹部内部の蛍光体により散乱、2次吸収され、逆方向にはほとんど光は放出されない。
【００２１】
図４は、本実施例の白色発光ダイオードと従来の透過型の白色発光ダイオードにおける白色光出力の比較、及び本実施例の白色発光ダイオードにおける、凹部２２の深さ、即ち樹脂３１の厚さＴと白色光出力との関係を示す特性図である。この特性図において、縦軸は白色光出力を表し、横軸は樹脂３１の厚さTを表している。また、図中の四角印のプロットを結ぶ実線は、本実施例における白色発光ダイオードの白色光出力で、丸印は、樹脂の厚さＴが０．５ｍｍの場合の従来の透過型の白色発光ダイオードの白色光出力を示す。
【００２２】
ここで、従来の白色発光ダイオードは、主発光面を上向きにし、その主発光面に蛍光体が分散された樹脂で封止したものを用い、従来及び本実施例の白色発光ダイオードの樹脂としては、緑、青、赤の３種類の蛍光体をシリコーン樹脂に対して総量５０％の重量を分散させた樹脂を用いた。
【００２３】
図４から明らかなように、樹脂の厚さが、０．５５ｍｍの場合、本実施例の白色発光ダイオードの白色光出力は、０．８３[arb. unit]で、従来の白色発光ダイオードの白色光出力０．６５[arb. unit]に比べ、約２７％、向上している。
【００２４】
さらに、本実施例の白色発光ダイオードでは、樹脂３１の厚さ、つまり、凹部２２の深さＴを調整することにより、白色光出力は増加し、例えば、樹脂３１の厚さを２．０〜２．５ｍｍの範囲において、白色光出力が最大となり、従来の白色発光ダイオードに比べ、約１．８倍の白色光出力が期待できる。
【００２５】
また、緑、青、赤色の蛍光体の種類や、シリコーンに対する分散濃度により白色光出力の最適値を設定し、これに合わせて凹部２２の深さを調整することにより効率よく光を取り出すことが可能になる。
【００２６】
以上の説明のように本実施例の白色発光ダイオードによれば、サファイヤ基板２１に凹部２２を設け、この凹部２２内に蛍光体を含んだ樹脂３１を充填し、その凹部２２上に主発光面１２を凹部２２側にし、且つ主発光面１２を樹脂３１に接触させて載置することにより、主発光面１２から発光された光を、蛍光体を含んだ樹脂３１によって主発光面１２とは反対方向に蛍光体からの発光を行うことができるので、蛍光体を含んだ樹脂を透過したときの蛍光体による散乱や2次吸収などによる損失を抑えることができ、高い白色光出力をもった半導体発光装置を提供することができる。
【００２７】
また、ＬＥＤチップ１１とサファイヤ基板２１をフリップチップにて接続し、白色発光方向上に電極を設けないので、白色発光に対する影の部分の発生がなく、高い白色光出力得ることができる。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明の実施例２に係る白色発光ダイオードについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施例２に係る白色発光ダイオードの構造を模式的に示す斜視図である。また、図６は、本発明の実施例２に係る白色発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【００２９】
本実施例と第１の実施形態との違いは、発光素子として裏面発光型のＬＥＤチップ４１を用いることである。つまり、この裏面発光型のＬＥＤチップ４１は、カソード電極４３、及びアノード電極４４が主発光面４２と反対側の上面、即ち白色光取出し面に形成されている。また、サファイヤ基板５１の周辺角部にカソード電極パターン５３、及びアノード電極パターン５４が設けられ、凹部５２の角部には、固着パターン５５がそれぞれ設けられている。
【００３０】
そして、図５及び図６に示すように、ＬＥＤチップ４１が主発光面４２を凹部５２側に向けてサファイヤ基板５１に固着パターン５５により固着され、サファイヤ基板５１とＬＥＤチップ４１のカソード電極４３、及びアノード電極４４は、上記実施例1と異なり、例えば、Ａｕなどのワイヤ２６によって、サファイヤ基板５１のカソード電極パターン５３、及びアノード電極パターン５４にそれぞれワイヤボンディング接続されている。なお、その他の構成については、上記実施例１と同様である。
【００３１】
上記構造の白色発光ダイオードも、上記実施例1と同様に、ＬＥＤチップ４１の主発光面４２から発光された紫外光１５が樹脂３１の蛍光体によって白色光に波長変換され、主発光面１２とは反対方向の面から白色光１６が放出される。なお、白色光出力は、上記実施例1と同様に、サファイヤ基板５１に設けられた凹部５２の深さを調整することにより変る。
【００３２】
上記の本実施例の白色発光ダイオードによれば、上記実施例１と同様に高い白色光出力を得ることができる。また、カソード４３及びアノード電極４４を主発光面と反対側の上面に設け、ＬＥＤチップ４１とサファイヤ基板５１の接続をワイヤボンディング接続しているので、上記実施例１に比べて蛍光体が分散された樹脂とＬＥＤチップ４１の主発光面との接面、若しくは対向面を広くすることができ、白色光出力を上げることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００３４】
例えば、上記各実施例では、いずれも紫外系のＬＥＤチップと蛍光体を用いた白色発光ダイオードを例にとって説明してきたが、本発明はこれに限定されず、青色系のＬＥＤチップと蛍光体を用いた白色発光ダイオードに適用しても同様の効果が期待できる。また、白色発光ダイオードだけでなく、他の色を発光するＬＥＤチップと蛍光体の組み合わせによって混色発光する混色発光ダイオードにも適用できる。
【００３５】
また、上記各実施例では、ＬＥＤチップの主発光面を樹脂に接触させたが、樹脂は主発光面と離れていても良い。
【００３６】
さらに、上記各実施例において、主発光面から発光される紫外光は、すべて蛍光体が分散された樹脂によって、波長変換されて白色光として放出されるわけではなく、一部は紫外光として外部に放出される。そのため、本実施例に係る半導体発光装置の外囲に紫外線の漏れを防ぐための紫外線フィルタを取り付けることによって、紫外光１３を含まない白色光１９を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１に係る白色発光ダイオードの構造を模式的に示す斜視図。
【図２】発光素子の発光面側の平面図。
【図３】本発明の実施例１に係る白色発光ダイオードの構造を示す断面図。
【図４】本発明の実施例１に係る白色発光ダイオードの白色光出力と凹部の深さとの関係を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例２に係る白色発光ダイオードの構造を模式的に示す斜視図。
【図６】本発明の実施例２に係る白色発光ダイオードの構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１１、４１  ＬＥＤチップ
１２、４２  主発光面
１３、４３  カソード電極
１４、４４  アノード電極
１５  紫外光
１６  白色光
２１、５１  サファイヤ基板
２２、５２  凹部
２３、５３  カソード電極パターン
２４、５４  アノード電極パターン
２５  基板
２６  ワイヤ
２７  電極
３１  蛍光体を含む樹脂
５５  固着パターン
【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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