(57)【要約】【課題】発光素子を封止する樹脂に混入させた蛍光体のばらつきに起因する発光波長のばらつきを抑える。【解決手段】本発明のＬＥＤ１において、平坦な基板３上に載置された発光素子１は蛍光体７を含有する樹脂４によって被覆されている。発光素子１が平坦な基板３上に載置されていることによって、樹脂４は発光素子１を均一に被覆することができる。これにより発光素子１から発せられた光の波長を樹脂４に含まれる蛍光体７によってむらなく変換することが可能である。この結果、発光波長のばらつきを抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な基板上に載置された発光素子と、
蛍光体を含有し、前記発光素子を被覆する第１の樹脂とを備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記基板と、前記第１の樹脂に被覆された前記発光素子とを封止する第２の樹脂をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記基板の前記発光素子が載置されている面の面積は、前記発光素子の前記基板に接する面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板の前記発光素子が載置されている面は、光を反射する材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１の樹脂は、前記発光素子上にドーム状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記平坦な基板上に載置された発光素子を第１の樹脂に浸漬することによって、前記発光素子を当該第１の樹脂により被覆する被覆工程と、
前記第１の樹脂を硬化させる硬化工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記基板と、前記発光素子を被覆する第１の樹脂の周囲を第２の樹脂を用いて封止する封止工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記被覆工程において、前記発光素子と前記基板の前記発光素子が載置されている面とが前記第１の樹脂の界面に接するように、第１の樹脂に浸漬することを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記硬化工程において、前記第１の樹脂により被覆された前記平坦な基板上の前記発光素子を重力が向かう先に向けた状態において前記第１の樹脂を硬化させることを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発行装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子と種々の蛍光体とを組み合わせることにより、発光素子の発光色とは異なる色合いの光を発する半導体発光装置の開発が試みられている。このような半導体発光装置として、半導体発光素子を封止する樹脂に蛍光体を混入させることによって、半導体発光素子の発光波長と異なる波長に変換された光を発する装置がある。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来の半導体発光装置の断面構造を示す概略断面図である。図３に示すように、半導体発光装置３０は、カップ３３を有するリードフレーム３２上に化合物半導体よりなる発光チップ３１が載置され、この発光チップ３１全体を第１の樹脂３４を用いて封止された構造を有している。この第１の樹脂３４は、カップ３３内部に充填またはプレディップされており、さらにその全体を包囲する第２の樹脂３５により封止されている。カップ３３に充填される第１の樹脂３４には、発光チップ３１の発する光の発光波長を他の波長に変換する蛍光物質が混入されている。特許文献２および３においても同様の構成を有する半導体発光装置が記載されている。
【０００４】
ここで、蛍光物質を含む第１の樹脂３４はカップ３３の縁部の水平面よりも低くなるように充填されており、カップ３３からはみ出していない。このためカップ３３の縁部によって、蛍光物質を励起する外部光を遮断でき、発光チップ３１の混色の発生を防止することができる。
【特許文献１】特開２００１−５７４４７号公報（２００１年２月２７日公開）
【特許文献２】特開平１０−５６２０８号公報（１９９８年２月２４日公開）
【特許文献３】特開平１０−６５２２１号公報（１９９８年３月６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記半導体発光装置３０においては、カップ３３内に蛍光物質を混入させた第１の樹脂３４を充填するため、発光チップ３１の上面とその周囲のカップ３３の底面には樹脂と蛍光物質との比重差によって蛍光体沈降層が形成されるが、発光チップ３１の側面では蛍光体沈降層は形成されにくい。このため、このような発光装置を発光させた場合、発光チップ３１の側面においては励起される蛍光体量が少なくなる。これにより、その部分からの光はカップ形状の反射によりリング形状となり、その発光波長は他の部分と異なった発光波長となる。その結果、発光面において色むらが生じていた。言い換えれば、半導体発光装置３０の発光波長自体が空間的にばらつくという問題が生じていた。
【０００６】
また、一般にこのような半導体発光装置において、発光素子の発光波長を変換するために用いられる蛍光体は、封止用樹脂として一般的に用いられるエポキシ樹脂に比べ比重が高い。このため、蛍光体を樹脂に均一に混入させることが困難である。この結果、混入された蛍光体の偏りによって発光素子の発光波長の変換される割合が異なるため、所望の発光波長が得られず、複数の半導体発光装置３０同士の個体差として、発光波長のばらつきが発生するという問題が生じていた。このような問題を解消するために、完成品において色合いを調整するために波長選別を行う必要があり、波長分類数の増加および所望する発光波長製品の生産率低下につながっていた。
【０００７】
さらに、製造過程においてこの問題発生を抑えるために、樹脂に混入させる蛍光体量のばらつき抑制を目的として余分に樹脂攪拌作業を行うこと、または樹脂製造を少量ずつ行うことが必要となり、製造工程を簡素化することができなかった。
【０００８】
加えて、樹脂に混入される蛍光物質は高価なため、無駄な使用により製造コストの増大という問題も生じる。上記半導体発光装置３０においては、カップ３３内に充填する第１の樹脂３４は、その質量に対して一定の割合（一般的には樹脂量の約１０〜２０％程度）の蛍光物質を混入させる必要があり、必然的に完成品に対する原価割合のウエイトも高くなっていた。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、封止樹脂に混入させた蛍光体のばらつきに起因する発光波長のばらつきを低減させた半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光装置は、上記の課題を解決するために、
平坦な基板上に載置された発光素子と、
蛍光体を含有し、前記発光素子を被覆する第１の樹脂とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
前記の構成によれば、平坦な基板上に載置された発光素子は第１の樹脂により覆われている。この第１の樹脂には蛍光体が混入されているため、発光素子から発せられる光の波長は蛍光体によって変換される。このとき発光素子は平坦な基板上に載置されているため、従来のもののようにカップの側壁によって光の遮断や反射が生じず、これによる発光むらの発生を抑えることができる。また、第１の樹脂の使用量は発光素子を覆う程度でよく、無駄な使用を抑えることにより製造コストを低減させることができる。さらに、樹脂に混入される蛍光体の使用量も低減する。
【００１２】
本発明に係る発光装置は、さらに前記基板と、前記第１の樹脂に被覆された前記発光素子とを封止する第２の樹脂を備えていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る発光装置では、さらに前記基板の前記発光素子が載置されている面の面積は、前記発光素子の前記基板に接している面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００１４】
前記の構成によれば、第１の樹脂によって発光素子上をより効率よく均一に覆うことが可能である。このため、第１の樹脂に混入されている蛍光体によって、発光素子が発した光はむらなく波長変換され、発光波長のばらつきを抑えることができる。また、波長変換された光を出力する発光面を広範囲に形成することができる。
【００１５】
本発明に係る発光装置では、さらに前記基板の前記発光素子が載置されている面は、光を反射する材料を用いて形成されていることが好ましい。これにより、発光素子および蛍光体から発せられる光を効率よく集光することができる。
【００１６】
本発明に係る発光装置では、さらに前記第１の樹脂は、前記発光素子上にドーム状に形成されていることが好ましい。
【００１７】
前記の構成によれば、発光素子上に形成された第１の樹脂はドーム形状であるため、広範囲に発光面を有する発光装置を提供することができる。すなわち発光素子が発した光は、ドーム状に形成された第１の樹脂が含有する蛍光体によってむらなく波長変換される。そして、この波長変換された光は略１８０度の発光面から広範囲に出射され得る。また、従来のもののようにカップの側壁によって光の遮断や反射が生じないため、これによる発光むらの発生を抑えることができる。
【００１８】
本発明に係る発光装置の製造方法は、上記課題を解決するために、
前記平坦な基板上に載置された発光素子を第１の樹脂に浸漬することによって、前記発光素子を当該第１の樹脂により被覆する被覆工程と、
前記第１の樹脂を硬化させる硬化工程とを有することを特徴としている。
【００１９】
前記の構成によれば、平坦な基板上に発光素子を載置し、この発光素子を第１の樹脂に浸漬することによって、発光素子上を第１の樹脂により覆う。これにより、蛍光体を含有する第１の樹脂の使用量は発光素子を覆う程度でよく、無駄な使用による製造コストの増大を抑えることができる。また、発光素子周囲を覆う第１の樹脂に気泡の発生を抑えることが可能であり、高品質な発光装置を提供することができる。さらに、使用する第１の樹脂量がすくないため、これを硬化させる時間を短縮することが可能であり、蛍光体の比重差による沈降を抑えることができる。この結果、蛍光体を第１の樹脂に均一に混入させることができるため、発光波長のばらつきを抑えることができる。
【００２０】
本発明に係る発光装置の製造方法は、前記基板と、前記発光素子を被覆する第１の樹脂の周囲を第２の樹脂を用いて封止する工程をさらに有することが好ましい。
【００２１】
本発明に係る発光装置の製造方法は、さらに前記被覆工程において、前記発光素子と前記基板の前記発光素子が載置されている面とが前記第１の樹脂とが接するように第１の樹脂に浸漬することが好ましい。
【００２２】
前記の構成によれば、発光素子と基板の発光素子が載置された面のみが第１の樹脂によって覆われるため、高価な蛍光体を含有する第１の樹脂の無駄な使用による製造コストの増大を抑えることができる。
【００２３】
本発明に係る発光装置の製造方法は、さらに前記硬化工程において、前記平坦な基板の前記発光素子が載置されている面を重力が向かう先に向けた状態において前記第１の樹脂を硬化させることが好ましい。
【００２４】
前記の構成によれば、平坦な基板上に載置された発光素子上を覆う第１の樹脂を、容易にドーム形状になるように形成することができる。すなわち、発光素子を第１の樹脂に浸漬した後、基板の第１の樹脂で覆われた発光素子が載置された面を下に向けたまま第１の樹脂を硬化させる。このため第１の樹脂が有する重力に抗する表面張力によって、第１の樹脂を、表面が凸状に湾曲したドーム状に形成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る発光装置は、以上のように、平坦な基板上に載置された発光素子は、蛍光体を含有した第１の樹脂により均一に覆われているので、発光素子から発せられた光の波長をむらなく変換することが可能である。この結果、発光波長のばらつきを抑えることができる。また、発光波長のばらつきを抑えることが可能であるため、所望する発光波長にて発光する発光装置を製造することが可能である。さらに、蛍光体を含有する第１の樹脂は発光素子表面を覆うだけの量が必要であるため、使用量を低減させることができる（例えば従来の約１／３〜１／５）。
【００２６】
また、本発明に係る発光装置は、平坦な基板上に載置された発光素子を覆う第１の樹脂がドーム状に形成されているため、広範囲に発光面を有する。すなわち、発光素子から発せられ、蛍光体によって波長変換された光は略１８０度の発光面から広範囲に出射され得る。
【００２７】
本発明に係る発光装置の製造方法は、以上のように、平坦な基板上に載置された発光素子を第１の樹脂に浸漬することによって発光素子上を第１の樹脂により覆うため、無駄な使用による製造コストの増大を抑えることができる。また、使用する第１の樹脂量がすくないため、これを硬化させる時間を短縮することが可能であり、蛍光体の比重差による沈降を抑えることができる。この結果、蛍光体を第１の樹脂に均一に混入させることができるため、発光波長のばらつきを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の一実施形態について、図１および図２（ａ）〜（ｄ）を参照して以下に説明する。
【００２９】
（発光ダイオード１０）
まず、本発明に係る砲弾型の発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）１０（発光装置）について、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係るＬＥＤ１０の断面構造を示す概略断面図である。図１に示すように、ＬＥＤ１０は、発光素子１、リードフレーム２、基板３、樹脂４（第１の樹脂）、ワイヤー５、樹脂６（第２の樹脂）を備えている。また、樹脂４は蛍光体７を含有している。
【００３０】
発光素子１は、リードフレーム２が有する平坦な基板３上に載置されている。そしてリードフレーム、基板３および発光素子１はそれぞれ、例えば銀（Ａｇ）ペーストおよびワイヤー５によって物理的および電気的に接続されている。また発光素子１は、平坦な基板３上において樹脂４によって固定および保護されている。さらに、これら発光素子１、リードフレーム２、基板３、樹脂４（第１の樹脂）およびワイヤー５は、樹脂６により封止されている。
【００３１】
平坦な基板３上に配された発光素子１が光を発したとき、その光は、樹脂４に含有される蛍光体７において波長変換され、蛍光体７からは発光素子１と異なる波長の光が発せられる。すなわち発光素子１から発せられる光は蛍光体７を励起し、励起された蛍光体７から光が発せられる。このように発光素子１が平坦な基板３上に配されていることによって、従来のもののようにカップの側壁によって光の遮断や反射が生じないため、これによる発光むらの発生を抑えることができる。また、第１の樹脂の使用量は発光素子を覆う程度でよく、無駄な使用を抑えることにより製造コストを低減させることができる。さらに、樹脂に混入される蛍光体の使用量も低減する。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態において発光素子１が載置される平坦な基板３は、その発光素子１が載置されている面の面積が、発光素子１の平坦な基板３に接する面の面積よりも大きい。これにより発光素子１は樹脂４によって効率よく均一に覆われ、発光面を広範囲に形成することができる。すなわち、発光素子１から発せられる光をむらなく出射させることが可能であり、発行波長のばらつきを抑えることができる。一方で、基板３の発光素子１が載置されている面の面積が、発光素子１の基板３に接する面の面積よりも小さい場合であっても、樹脂４が発光素子１の発光領域全体を覆うことができるように構成されていればよい。
【００３３】
また基板３の発光素子１が載置されている面を、光を反射する材料を用いて形成した場合、発光素子から発せられる光、およびこの光により励起された蛍光体７から発せられる光を効率よく集光することが可能である。これによりＬＥＤ１０の発光効率を向上させることができる。
【００３４】
そして、平坦な基板３上に載置された発光素子１を覆う樹脂４は、図１に示すように、発光素子１上にドーム状に形成されている。これにより、発光面を広範囲に形成することができる。すなわち従来のもののようにカップの側壁によって光の遮断や反射が生じないため、これによる発光むらの発生を抑えることができる。すなわち発光素子１が発した光は樹脂４が含有する蛍光体７によってむらなく波長変換されるため、ＬＥＤ１０の発光のばらつきを抑えることが可能である。そして、この波長変換された光は略１８０度の発光面から広範囲に出射され得る。
【００３５】
発光素子１上を覆う樹脂４として、加熱により粘性が低下し、さらに過熱することによって硬化する特性を有する熱硬化性樹脂を用いる。このような特性を有する熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ樹脂がある。
【００３６】
樹脂４に混入されている蛍光体７は、発光素子１が発する光によって励起され、発光素子１から発せられる光の波長と異なる波長の光を発する。このため蛍光体７として、発光素子１から発せられる光によって励起され、所望する色を発光するような蛍光体を選択する。例えば、青色の光を発する発光素子１と、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）系の蛍光体７とを用いた場合、蛍光体７は、発光素子１から発せられる青色光により励起され黄色の蛍光を発する。したがってＬＥＤ１０は、発光素子１から発せられた青色光と、蛍光体７からの黄色光とが混色することによって白色光を発する。このように発光素子１と蛍光体７とを種々組み合わせることによって、ＬＥＤ１０の発光色を自由に選択することができる。ここで、所望する発光波長が得るために、樹脂４の粘度、硬化速度等を事前に評価または確認することによって、樹脂４に混入する蛍光体７量や混合比率を決定することが好ましい。
【００３７】
このように形成されている発光素子１、リードフレーム２、基板３、樹脂４、およびワイヤー５は、保護および製品パッケージ化のため樹脂６により封止されている。この樹脂６として、樹脂４と同様に例えばエポキシ樹脂を用いることができるが、これに特に限定されず、樹脂４とは異なる樹脂を用いてもよい。
【００３８】
本実施形態におけるＬＥＤ１０は砲弾型ＬＥＤであり、このような砲弾型ＬＥＤは、情報板、インジケーター、ＬＣＤバックライト、照明等として用いられる。本発明に係るＬＥＤ１０は、図１に示すように１個の発光素子１が平坦な基板３上に載置された構成に限らず、平坦な基板３上に複数の発光素子１を載置した構成であってもよい。
【００３９】
（ＬＥＤ１０の製造方法）
次に、本発明に係るＬＥＤ１０の製造方法について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して以下に説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るＬＥＤ１０の製造方法による製造工程を示す図である。ＬＥＤ１０の製造工程には、図２（ａ）に示すような、リードフレーム２が備える平坦な基板３上に載置された発光素子１を用いる。このとき平坦な基板３の発光素子１が載置されている面の面積が、発光素子１の平坦な基板３に接する面の面積よりも大きく、発光素子１を基板３の中心位置付近に載置するのが好ましい。これにより後述する工程において樹脂４によって発光素子１を覆うときに、均一に覆うことが可能であり、かつ発光面を広範囲に形成することができる。すなわち、発光素子１から発せられる光を効率よく出射させることができる。ここで発光素子１と平坦な基板３とを、例えばＡｇペーストおよびワイヤー（図示せず）によって物理的および電気的に接続する。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示すように、発光素子１が載置された平坦な基板３を備えるリードフレーム２を反転することによって、平坦な基板３上の発光素子１が載置されている面を、蛍光体７を含有する樹脂４が充填されている容器（図示せず）側に向け、基板３上の発光素子１を樹脂４中に浸漬する。次に樹脂４中に浸漬した発光素子１を取り出したとき、基板３上の発光素子上、および基板３の発光素子１が載置されている面上には、樹脂４による被膜が形成され、発光素子１は樹脂４により覆われている。このように発光素子１を樹脂４中に浸漬することによって発光素子１上を樹脂により覆うため、樹脂の使用量を抑え、製造コストを低減することができる。また、発光素子１上に樹脂４を滴下する場合と異なり、発光素子１上を覆う樹脂４に気泡が発生するのを防ぐことができる。
【００４１】
また、平坦な基板３上の発光素子１を樹脂４に浸漬するとき、発光素子１と基板３の発光素子１が載置されている面とが樹脂４に接するように浸漬する。すなわち、容器中に充填された樹脂４の表面と基板３の発光素子１が載置されている面とが接するまで、発光素子１と基板３とを樹脂４中に浸漬する。これにより、リードフレーム２、または基板３の裏側（発光素子１が載置されている面の反対側の面）に樹脂４が付着するのを防ぎ、樹脂４の無駄な使用を抑えることができる。このため、製造コストの増大を抑えることができる。
【００４２】
さらに、リードフレーム２を反転させた状態、すなわち平坦な基板の発光素子が載置されている面を重力が向かう先に向けた状態（図２（ｂ）の矢印方向）において、発光素子１を覆う樹脂４をオーブン槽等（図示せず）において加熱する。樹脂４は、加熱により粘性が低下し、さらに加熱することによって硬化する熱硬化性樹脂である。このため加熱時間の経過とともに樹脂４の粘性が低下し、樹脂４はその重力に抗する表面張力によって、基板３上においてドーム形状を形成する。このように基板３の発光素子１が載置されている面を重力が向かう先に向けた状態において、樹脂４が加熱されることによって、発光素子１上の樹脂４の表面が凸状に湾曲したドーム形状を容易に形成することができる。
【００４３】
樹脂４をドーム状に形成することによって、樹脂４が含有する蛍光体７の比重差による沈降を抑え、基板３上の樹脂４に蛍光体７を均一に混入させることができる。また、樹脂４の使用量が少ないため、これを硬化させる時間を短縮することが可能であり、樹脂４に含まれる蛍光体の比重差による沈降をさらに抑えることができる。このため、蛍光体を樹脂４に均一に混入させることができるため、発光波長のばらつきを抑えることができる。さらに、硬化時間を短縮し、また効率よく樹脂４を使用することにより製造時の処理時間を短縮することができる。
【００４４】
次に、図２（ｃ）に示すように、発光素子１上の樹脂４を硬化させた後、リードフレーム２を、樹脂６を予め充填したモールドケース８に挿入し、樹脂６を加熱により硬化させる。これにより、樹脂６で封止された発光素子１等を保護すると共に製品パッケージ化する。このようにして、図２（ｄ）に示すような砲弾型のＬＥＤ１０を形成する。
【００４５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４６】
（他の構成）
なお本発明を、以下のように表現することも可能である。
【００４７】
（第１の構成）
平板な基体上に載置された発光素子の周囲及び発光素子を載置した基体上に第１の樹脂が配され、第１の樹脂の周囲に第２の樹脂が設けられ、かつ、第１の樹脂には蛍光体を含有されることを特徴とする半導体発光装置。
【００４８】
（第２の構成）
前記発光素子は、青色発光素子であることを特徴とする第１の構成に記載の半導体発光装置。
【００４９】
（第３の構成）
前記蛍光体は青色光を励起光として、青色発光素子の発光波長より長波長光を発することを特徴とする第１の構成乃至第２の構成に記載の半導体発光装置。
【００５０】
（第４の構成）
前記平板な基体は発光素子より大きな面積を有し、基体表面は発光素子および蛍光体から発せられる光を反射する材料からなることを特徴とする第１の構成乃至第３の構成記載の半導体発光装置。
【００５１】
（第５の構成）
平板な基体上に発光素子を載置する工程と発光素子を第１の樹脂に浸漬する工程と第１の樹脂を硬化する工程と第１の樹脂の周囲を第２の樹脂で封止する工程からなることを特徴とする第１の構成乃至第４の構成に記載の半導体発光装置の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、発光波長がばらつくことなく所望する発光色を発する発光装置を容易かつ安価に製造することができ、情報板、インジケーター、ＬＣＤバックライト、照明等として用いられる発光ダイオードに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係るＬＥＤの製造方法による製造工程を示す図である。
【図３】従来の発光装置の断面構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    発光素子
３    基板
４    樹脂（第１の樹脂）
６    樹脂（第２の樹脂）
７    蛍光体
【図１】
2008004844.tif 000003
【図２】
2008004844.tif 000004
【図３】
2008004844.tif 000005