(57)【要約】【課題】  本発明は、光の出射効率及び色変換効率が高い半導体発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】    上記目的を達成するために、本発明は、基板上に配置された半導体発光素子と、前記半導体発光素子の周囲を取り囲み前記半導体発光素子からの光を反射する壁面が前記基板上方に向かって広がるように傾斜し前記壁面と前記基板との間に開口部を形成する枠体と、前記開口部に前記半導体発光素子を覆うように充填され前記半導体発光素子からの光により蛍光する封止材と、を有する半導体発光装置であって、前記封止材は、前記基板の前記半導体発光素子の配置された面上からの高さが０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満で充填されていることを特徴とする。【選択図】図２
2006351773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲を取り囲み前記半導体発光素子からの光を反射する壁面が前記基板上方に向かって広がるように傾斜し前記壁面と前記基板との間に開口部を形成する枠体と、
前記開口部に前記半導体発光素子を覆うように充填され前記半導体発光素子からの光により蛍光する封止材と、
を有する半導体発光装置であって、
前記封止材は、前記基板の前記半導体発光素子の配置された面上からの高さが０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満で充填されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
基板上に配置された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲を取り囲み前記半導体発光素子からの光を反射する壁面が前記基板上方に向かって広がるように傾斜し前記壁面と前記基板との間に開口部を形成する枠体と、
前記開口部に前記半導体発光素子を覆うように充填され前記半導体発光素子からの光により蛍光する封止材と、
を有する半導体発光装置であって、
前記封止材は、前記半導体発光素子で発光した光の出射する前記半導体発光素子の露出した上面からの高さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満で充填されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
前記壁面の傾斜角度が、前記基板の前記半導体発光素子の配置された面に対して２０°以上５０°以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２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、半導体発光素子を備える半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光素子を備える半導体発光装置では、カップ状に開口した開口部に発光素子を備えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、さらに当該開口部に光透過性の封止材を発光素子を覆うように充填しているものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
この封止材には、例えば蛍光物質が混合される。そして、半導体発光装置は、発光素子で発光した光と蛍光物質で蛍光した光との混色により種々の色の光を出射させることができる。
【特許文献１】特開２００２−２３２０１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の半導体発光装置では、発光素子を覆う封止材の厚さについて考慮したものはない。そのため、従来の半導体発光装置では、封止材の厚さが厚く発光素子で発光した光の封止材での吸収量が多いために、出射効率及び色変換効率が低いものとなっていた。
【０００５】
また、従来の半導体発光装置では、封止材の高さが高いため、半導体発光装置自体の大きさを考慮するとカップ状の開口部の内側壁面の傾斜角度を５５°以上と大きくせざるをえず、半導体発光素子で発光した光の壁面での反射効率が低くなってしまっていた。その結果、従来の半導体発光装置では、光の出射効率が低い。
【０００６】
そこで、本発明は、光の出射効率及び色変換効率が高い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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明者は、半導体発光素子で発光した光が封止材を透過して出射するまでの長さに注目することとした。
【０００８】
即ち、本発明に係る半導体発光装置は、基板上に配置された半導体発光素子と、前記半導体発光素子の周囲を取り囲み前記半導体発光素子からの光を反射する壁面が前記基板上方に向かって広がるように傾斜し前記壁面と前記基板との間に開口部を形成する枠体と、前記開口部に前記半導体発光素子を覆うように充填され前記半導体発光素子からの光により蛍光する封止材と、を有する半導体発光装置であって、前記封止材は、前記基板の前記半導体発光素子の配置された面上からの高さが０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満で充填されていることを特徴とする。
【０００９】
封止材の高さを基板の半導体発光素子の配置された面上から０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満とすると、半導体発光素子で発光した光が封止材で吸収される量と半導体発光素子で発光した光による封止材の蛍光量とが均衡する。そのため、光の出射効率及び色の変換効率を共に高くすることができる。ここで、「基板の半導体発光素子の配置された面上」とは、基板上面のうち、半導体発光素子と接触している面と同じ高さの面上をいうこととする（以下、本明細書において同じ。）。また、封止材の半導体発光素子を覆う高さを低くしたため、半導体発光装置自体のコンパクト化も図れる。また、封止材の高さを低くした分、基板の厚さを厚くすることができるため、例えば、半導体発光素子に接続されるリードフレーム端子を基板の側面に導出する場合、リードフレーム端子の長さを長くすることもでき、半導体発光装置の実装性が向上する。
【００１０】
また、本発明に係る半導体発光装置は、基板上に配置された半導体発光素子と、前記半導体発光素子の周囲を取り囲み前記半導体発光素子からの光を反射する壁面が前記基板上方に向かって広がるように傾斜し前記壁面と前記基板との間に開口部を形成する枠体と、前記開口部に前記半導体発光素子を覆うように充填され前記半導体発光素子からの光により蛍光する封止材と、を有する半導体発光装置であって、前記封止材は、前記半導体発光素子で発光した光の出射する前記半導体発光素子の露出した上面からの高さが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満で充填されていることを特徴とする。
【００１１】
封止材の高さを光の出射する半導体発光素子の露出した上面から０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満とすると、半導体発光素子で発光した光が封止材で吸収される量と半導体発光素子で発光した光による封止材の蛍光量とが均衡する。そのため、光の出射効率及び色の変換効率を共に高くすることができる。ここで、「半導体発光素子で発光した光の出射する半導体発光素子の露出した上面」とは、半導体発光素子の露出した上面のうち半導体発光素子の発光する部分と対向する面をいうこととする（以下、本明細書において同じ。）。また、封止材の半導体発光素子を覆う高さを低くしたため、半導体発光装置自体のコンパクト化も図れる。また、封止材の高さを低くした分、基板の厚さを厚くすることができるため、例えば、半導体発光素子に接続されるリードフレーム端子を基板の側面に導出する場合、リードフレーム端子の長さを長くすることもでき、半導体発光装置の実装性が向上する。
【００１２】
上記半導体発光装置において、前記壁面の傾斜角度を、前記基板の前記半導体発光素子の配置された面に対して２０°以上５０°以下とすることが望ましい。
【００１３】
壁面の傾斜角度を２０°以上５０°以下とすることにより、同じ高さあたりの壁面の面積が増大するために、半導体発光素子で発光した光の反射効率が向上する。なお、傾斜角度を２０°未満とすると、半導体発光素子で発光した光の反射効率が低下する。また、本発明では、封止材の半導体発光素子を覆う高さを低くしたため、傾斜角度を２０°以上５０°以下と小さくしても半導体発光装置自体の幅が大きくならず、コンパクト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、光の出射効率及び色変換効率が高い半導体発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置で封止材を充填しない状態での概略構成斜視図を示す。また、図２は、図１に示す半導体発光装置で封止材を充填した状態での概略構成図を示し、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ´線での切断面図を示している。なお、図２（ａ）に示す上面図については、封止材を省略して記載している。
【００１７】
本実施形態に係る半導体発光装置１０は、図１に示すように基板１５上に配置された半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１の周囲を取り囲み半導体発光素子１１からの光を反射する壁面２５が基板１５の上方に向かって広がるように傾斜（傾斜角度θ）し壁面２５と基板１５との間に開口部１２を形成する枠体１４とを有する。また、図２に示すように、開口部１２に半導体発光素子１１を覆うように充填され半導体発光素子１１からの光により蛍光する封止材２６と、を有する。本実施形態では、蛍光する封止材２６として、透光性の材料に蛍光材２７を混入させることとした。
【００１８】
また、本実施形態では、図２に示す半導体発光素子１１に電力を供給するリードフレーム２３−１、２３−２、２３−３、２３−４と、半導体発光素子１１とリードフレーム２３−１とを接続するボンディングワイヤ２１−１と、半導体発光素子１１とリードフレーム２３−２とを接続するボンディングワイヤ２１−２と、リードフレーム２３−１とリードフレーム２３−３とを接続するスルーホール２４−１と、リードフレーム２３−２とリードフレーム２３−４とを接続するスルーホール２４−２と、を有する。スルーホール２４−１、２４−２は、基板１５を貫通し、その内壁が金属で被覆されることによりリードフレーム同士を接続する。このようにリードフレーム２３−１、２３−２、２３−３、２３−４で電極を基板１５上に取り出すことによって、回路基板やフレキシブル配線基板上にフリップチップ接続をすることができる。
【００１９】
基板１５は、絶縁物で構成される。例えば、セラミックス基板やガラスエポキシ基板等の基板を適用することができる。
【００２０】
半導体発光素子１１は、基板１５上に配置され、ボンディングワイヤ２１−１及び２１−２で供給される電流により所定の波長で発光する。半導体発光素子１１としては、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるＩＩＩ族窒化物系化合物からなる窒化物系半導体発光素子が例示できる。半導体発光素子１１が例えばサファイア基板上に形成された半導体層を備える場合は、半導体発光素子１１を基板１５に直接配置してもよいし、リードフレーム２３−１又は２３−２上に配置してもよい。半導体発光素子１１が半導体基板上に形成された半導体層を備える場合は、ボンディングワイヤを低減するため、半導体発光素子１１をリードフレーム２３−１又は２３−２上に搭載することが好ましい。
【００２１】
枠体１４は、例えば、セラミックスやエポキシ樹脂からなるものを適用することができる。そして、枠体１４は、基板１５の上に配置され、半導体発光素子１１を取り囲む壁面２５により半導体発光素子１１で発光した光を反射する機能を有する。本実施形態では、壁面２５に金属層をメッキして反射効果を得ることとする。金属層としては、例えば、ニッケルや金等の金属を含む金属層を適用することができる。また、壁面２５は、直線状のものでも、波線状のものでも、階段状のものでもよい。少なくとも枠体１４の開口部１２の内側側面の一部が半導体発光素子１１からの光を基板１５上方に反射する面を有していればよい。なお、枠体１４は単一の材料、単一の構造でなくてもよい。複数の材料で構成したり、複数の構造物を組み合わせたりしてもよい。
【００２２】
また、壁面２５は粗面加工されていることが好ましい。壁面２５が粗面加工されていると、壁面２５と封止材２６との間の密着性が向上し、剥離を防止することができるため、半導体発光素子１１で発光した光の反射効率を向上させることができる。壁面２５の粗面加工は、例えばブラスト加工により実現できる。
【００２３】
また、壁面２５の傾斜角度θは、基板１５の半導体発光素子１１の配置された面に対して２０°以上５０°以下とすることが望ましい。壁面２５の傾斜角度θを２０°以上５０°以下とすることにより、同じ高さあたりの壁面２５の面積が増大するために、半導体発光素子１１で発光した光の反射効率が向上する。なお、傾斜角度θを２０°未満とすると、半導体発光素子１１で発光した光の反射効率が低下する。また、本実施形態では、後述するように封止材２６の半導体発光素子１１を覆う高さが低いため、傾斜角度θを２０°以上５０°以下と小さくしても半導体発光装置１０自体の幅が大きくならず、コンパクト化を図ることができる。
【００２４】
また、枠体１４は、半導体発光素子１１を取り囲む壁面２５により基板１５と壁面２５との間に開口部１２を形成している。この開口部１２には、蛍光材２７を混入した封止材２６を半導体発光素子１１を覆うように充填する。なお、枠体１４の開口部１２の基板１５に平行な断面は、図１に示すように四角形としているが、四角形でなくとも、多角形や円形、楕円形でもよい。
【００２５】
本実施形態では、封止材２６は、前述したように、透光性の材料に蛍光材２７を混入したものを適用することとしたが、透光性の材料として、例えば、ガラス樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等が例示できる。なお、封止材２６は単一の材料や単一の構成でなくともよい。複数の材料で構成したり、複数の構造物を組み合わせたりしてもよい。
【００２６】
また、蛍光材２７は、半導体発光素子１１で発光する光の波長よりも小さいエネルギーギャップを有することにより、半導体発光素子１１で発光する光に反応して、長い波長の光に変換する。蛍光材２７を適用すると、例えば、青色で発光する半導体発光素子からの光を、青色の補色に変換して両者を加法混色させることによって白色光とすることができる。波長変換する波長を選択すれば、加法混色により種々のスペクトルの出射光を得ることができる。
【００２７】
ここで、封止材２６の半導体発光素子１１を覆う高さについて図３を参照して説明する。
【００２８】
図３は、封止材の半導体発光素子を覆う高さと半導体発光素子で発光する光との関係を示す図である。本実施形態では、図２に示す半導体発光素子１１の高さｈ３を０．１ｍｍとした。また、半導体発光素子１１で発光する光の波長を０．４６μｍ、半導体発光素子１１で発光した光のうち蛍光材２７で変換された光の波長を０．５６μｍ、となる半導体発光素子１１及び蛍光材２７を適用した。また、蛍光材２７は、封止材２６の単位体積あたり所定量含ませることとした。
【００２９】
図３において、横軸は図２に示す基板１５の半導体発光素子１１の配置された面上からの高さｈ１を示し、縦軸は、半導体発光素子１１で発光した光の相対強度を示す。相対強度は、ｈ１が０．１ｍｍのときの強度を１として換算した。また、実線は、波長０．４６μｍの光の強度グラフ３０、破線は、波長０．５６μｍの光の強度グラフ３１をそれぞれ示している。
【００３０】
図３から、波長０．４６μｍ波長の光、即ち、図２に示す半導体発光素子１１で発光した光は、封止材２６の高さｈ１が増加すると共に封止材２６によって吸収されるため、相対強度が低下することがわかる。一方、波長０．５６μｍの波長の光、即ち、図２に示す蛍光材２７によって色変換された光は、封止材２６の高さｈ１が増加すると共に蛍光材２７の量が増加するために、相対強度が増加することがわかる。しかし、色変換された光も封止材２６によって吸収されるため、封止材２６の高さｈ１がある値を超えると減少に転じる。従って、封止材２６の高さを波長０．５６μｍの光の強度が最大となる高さとすると、半導体発光装置１０からの出射効率及び色変換効率をともに高くすることができる。
【００３１】
本実施形態では、図２に示す封止材２６は、基板１５の半導体発光素子１１の配置された面上からの高さｈ１が０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満で充填することが望ましい。
【００３２】
封止材２６の高さｈ１を基板１５の半導体発光素子１１の配置された面上から０．１５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満とすると、図３で説明したように、半導体発光素子１１で発光した光が封止材２６で吸収される量と半導体発光素子１１で発光した光による封止材２６の蛍光量とが均衡する。そのため、光の出射効率及び色の変換効率を共に高くすることができる。また、封止材２６の半導体発光素子１１を覆う高さを低くした分、基板１５の厚さを厚くすることができる。本実施形態では、図２に示すように、リードフレーム２３−３、２３−４を基板１５の面上に設けることとしたが、リードフレーム端子を基板の側面に導出する場合、リードフレーム端子の長さを長くすることもでき、半導体発光装置の実装性が向上する。
【００３３】
また、図２に示す封止材２６は、半導体発光素子１１で発光した光の出射する半導体発光素子１１の露出した上面からの高さｈ２が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満で充填することもできる。
【００３４】
半導体発光素子１１は、半導体発光素子を形成する層の層厚の関係で一定の範囲の高さを有するものが多く存在する。そのため、半導体発光素子１１で発光した光の出射する半導体発光素子１１の露出した上面からの高さｈ２を封止材２６の高さを決定する指標とすることができる。そのため、封止材２６の高さｈ１と同様に、封止材２６の高さｈ２を光の出射する半導体発光素子１１の露出した上面から０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満とすると、半導体発光素子１１で発光した光が封止材２６で吸収される量と半導体発光素子１１で発光した光による封止材２６の蛍光量とが均衡する。そのため、光の出射効率及び色の変換効率を共に高くすることができる。
【００３５】
ここで、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法を説明する。図４（１）から図４（４）は半導体発光装置の製造方法を説明する図である。図４（１）から図４（４）において、図１又は図２と同じ符号は同じ意味を表す。なお、図４（１）から図４（４）では、半導体発光装置の各製造工程における概略切断面図を示している。
【００３６】
まず、複数の半導体発光素子１１を搭載することのできる基板１５に貫通するスルーホール２４を形成し、スルーホール２４の内壁を金属でメッキ等をすることによって、基板１５の上面と下面を結ぶ配線を形成する（図４（１））。基板１５の上面と下面には所定のパターンでリードフレーム２３−１、２３−２、２３−３及び２３−４を形成する（図４（１））。スルーホール２４の内壁の配線形成とリードフレーム２３−１、２３−２、２３−３及び２３−４の形成はどちらが先でもよい。
【００３７】
基板１５の上面に半導体発光素子１１をそれぞれ搭載し、それぞれの半導体発光素子１１の電極とリードフレーム２３−１及び２３−２とをボンディングワイヤ２１−１及び２１−２でそれぞれ接続する。
【００３８】
次に、所定の形状の枠体１４を基板１５に搭載する（図４（２））。枠体１４はエポキシ樹脂を型枠で硬化させたものでもよく、硬化させた樹脂を切削加工したものでもよい。また、枠体１４は、セラミックのグリーンシートを焼結したものでもよい。枠体１４として、セラミックのグリーンシートを焼結したものを適用すると、枠体１４の開口部１２の内側の壁面２５が予め粗面となるため、別途粗面加工せずに光の反射効率を向上させることができる。一方、枠体１４をエポキシ樹脂とした場合には、壁面２５は、基板１５に搭載する前に予めブラスト加工により粗面に加工しておく。
【００３９】
次に、枠体１４の開口部１２の内部に封止材２６として、例えばＰＭＭＡに蛍光材２７を添加したものを充填して硬化させる（図４（３））。熱硬化でも紫外線硬化でもよい。
【００４０】
スルーホール２４を通る切断線で、各半導体発光装置１０を切り出す（図４（４））。切り出しはレーザによる熱切断でも、ダイシングによる機械切断でもよい。スルーホール２４は孔方向で分断され、半割りになった内壁の配線が基板の両面のリードフレームを接続することとなる。枠体１４は基板１５の切り出しの際に併せて切断してもよいし、図４（２）でそれぞれ分離された枠体を基板１５に搭載してもよい。
【００４１】
このような製造方法により、光の出射効率及び色変換効率が共に高い半導体発光装置を量産することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の半導体発光装置は、照明、通信、センサー、表示デバイスなどに搭載される光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】１実施形態に係る半導体発光装置で封止材を充填しない状態での概略構成斜視図である。
【図２】図１に示す半導体発光装置で封止材を充填した状態での概略構成図を示し、（ａ）は上面図で、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ´線での切断面図である。
【図３】封止材の半導体発光素子を覆う高さと半導体発光素子で発光する光との関係を示す図である。
【図４】半導体発光装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０：半導体発光装置
１１：半導体発光素子
１２：開口部
１４：枠体
１５：基板
２１−１：ボンディングワイヤ
２１−２：ボンディングワイヤ
２３−１：リードフレーム
２３−２：リードフレーム
２３−３：リードフレーム
２３−４：リードフレーム
２４：スルーホール
２４−１：スルーホール
２４−２：スルーホール
２５：壁面
２６：封止材
２７：蛍光材
３０：波長０．４６μｍの光の強度グラフ
３１：波長０．５６μｍの光の強度グラフ
【図１】
2006351773.tif 000003
【図２】
2006351773.tif 000004
【図３】
2006351773.tif 000005
【図４】
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