(57)【要約】【課題】薄型に形成して所定の色度を得ることができ、簡単に製造できる発光ダイオードを提供する。【解決手段】基板２の凹部２０内の底面に搭載された半導体発光装置４の周囲が、蛍光体１２を含むとともに表面を平面状に形成された樹脂層５で覆われている発光ダイオード１において、凹部２０と樹脂層５の界面は、硬化する前の樹脂層５を充填した状態で凹部２０の開口部３を下方に向けたときに、硬化する前の樹脂層５が零れない大きさの界面張力を有し、樹脂層５は、凹部２０の底面から開口部３に向かって、蛍光体１２の濃度が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする発光ダイオード１としたものであり、硬化する前の樹脂層５を凹部２０に充填し、凹部２０の開口部３を下方に向けることにより蛍光体１２が開口部３側に移動するので、蛍光体１２の濃度勾配を形成した状態で固化させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含んだ樹脂層で覆われている発光ダイオードにおいて、
前記凹部と前記樹脂層の界面は、硬化する前の前記樹脂層を充填した状態で前記凹部の開口部を下方に向けたときに、硬化する前の前記樹脂層が零れない大きさの界面張力を有し、
硬化した前記樹脂層は、前記凹部の底面から開口部に向かって、前記蛍光体の濃度が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記樹脂層には透光性を有する拡散材が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記基材および前記樹脂層の表面には、透光性樹脂からなるレンズが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含む樹脂層で覆われている発光ダイオードの製造方法において、
前記蛍光体を、流動性を有する樹脂に混入させて充填剤を形成し、
前記充填剤を前記凹部内に上方から滴下して、前記半導体発光装置を覆うように充填した後、前記基材を、前記凹部の開口部が下方に開口するように配置して、前記樹脂層を硬化させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置を樹脂層で覆って形成した発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体発光装置の周囲を、蛍光体を含む樹脂層で覆い、半導体発光装置から出射される紫外光や可視光によって、蛍光体を励起（低いエネルギー状態から高いエネルギー状態へ電子の軌道が変わること）させて発光させる方式の発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この蛍光体は、比重が大きいため、樹脂層が硬化するまでに下方に沈殿しやすく、例えば、上方に開口した金型を用いて砲弾形の樹脂層を形成した場合には、砲弾形の樹脂層の先端付近に蛍光体が溜まりやすくなる。砲弾形の樹脂層の先端は、半導体発光素子から離れた位置にあるため、上方に向かう光は蛍光体の濃度が高い部分を通過するが、側方に向かう光は蛍光体の濃度が低い部分を通過することになり、輝度むらが発生するという欠点がある。
【０００４】
特許文献１では、このような問題点を改善するために、基板の表面に搭載した半導体発光装置を覆うように、下方に開口した金型を密閉状態で被せて、この中に蛍光体を混入させた樹脂を充填し、蛍光体が樹脂層の下側（基板側）に溜まるように構成して、基板実装型の発光ダイオードを製造している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２４５０７号公報  （第２−３、６頁、第９−１０，３４，３７−３８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板実装型の発光ダイオードは、近年薄型化が要求されており、半導体発光素子の表面を覆う樹脂層の厚みも非常に薄くなっている。ここで、特許文献１に記載された半導体発光装置によると、蛍光体が樹脂層の周囲に集まると記載されているが、樹脂層の厚みが薄い場合には、半導体発光装置の側方の発光層より下側レベルに蛍光体が溜まり、発光層の表面側には、蛍光体が少ない状態になる。特に、凹部内に半導体発光素子を配置する場合のように、半導体発光素子に対して広い範囲に樹脂層を形成するときには、半導体発光素子の表面の蛍光体が非常に少なくなってしまうため、期待した色度を得ることができないという問題がある。
【０００７】
また、蛍光体の量を増やすためには、上面の厚みを増やさなければならず、薄型化の要求に応えることができないという問題がある。
【０００８】
また、樹脂層を製造するときには金型を用いると、成型作業が大掛かりになり、手間もかかるという問題がある。
【０００９】
そこで本発明は、薄型に形成して所定の色度を得ることができ、簡単に製造できる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオードにおいては、基材の凹部内の半導体発光装置の周囲に樹脂層を形成し、この樹脂層を、内部の蛍光体の濃度が、底面側から表面側に向かって、徐々に高くなるように形成した発光ダイオードとしたものである。
【００１１】
この発明によれば、薄型に形成して所定の色度を得ることができ、簡単に製造できる発光ダイオードおよびその製造方法が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含んだ樹脂層で覆われている発光ダイオードにおいて、前記凹部と前記樹脂層の界面は、硬化する前の前記樹脂層を充填した状態で前記凹部の開口部を下方に向けたときに、硬化する前の前記樹脂層が零れない大きさの界面張力を有し、前記樹脂層は、前記凹部の底面から開口部に向かって、前記蛍光体の濃度が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする発光ダイオードとしたものであり、樹脂層が硬化した後、半導体発光装置から出射される光は、すべて蛍光体の濃度が高い部分を通過して出射されるという作用を有する。
【００１３】
樹脂層を形成するときには、硬化する前の樹脂層を凹部に充填し、凹部の開口部を下方に向けることにより蛍光体が開口部側に移動するので、金型を用いずに、蛍光体の濃度勾配を形成することができる。なお、基材には、基板やリードフレームを含む。また、凹部の形状は、半導体発光装置を搭載できる底面を備えた非貫通孔であればよく、断面形状が溝形の他、Ｕ字状、円弧状、台形状、Ｖ字状のものも含まれる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記樹脂層には透光性を有する拡散材が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードとしたものであり、蛍光体の濃度が高くなりすぎて、半導体発光装置の発光面から出射された光を遮断することを防止するという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記基材および前記樹脂層の表面には、透光性樹脂からなるレンズが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオードとしたものであり、半導体発光装置から出射される光を樹脂層によって均一に変換してから集光するという作用を有する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含む樹脂層で覆われている発光ダイオードの製造方法において、前記蛍光体を、流動性を有する樹脂に混入させて充填剤を形成し、前記充填剤を前記凹部内に上方から滴下して、前記半導体発光装置を覆うように充填した後、前記基材を、前記凹部の開口部が下方に開口するように配置して、前記樹脂層を硬化させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法としたものであり、金型を用いずに樹脂層を形成することができるという作用を有する。また、上下を逆にして硬化させるので、充填剤を充填した後に、上下を逆に配置するまでの時間を調整することにより、蛍光体の濃度勾配を自由に調整することができるという作用を有する。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の発光ダイオードの側断面図、図２は同発光ダイオードの斜視図である。図１、図２に示すように、発光ダイオード１は、凹部２０を備えた基材の一例である基板２と、凹部２０内に、凹部２０の開口部３から突出しない状態で搭載された半導体発光装置４と、凹部２０内に半導体発光装置４の周囲を覆って充填した充填剤を硬化させて形成した樹脂層５とを備えている。凹部２０は、平面視して小判形かつ断面溝形に形成されている。
【００１９】
基板２は逆Ｔ字状に形成され、凹部２０は、縦置きされた基板２の上側に形成されている。また、凹部２０の大きさは、半導体発光装置４を収納して搭載できる大きさに形成されている。
【００２０】
半導体発光装置４は、電極パターンをその表面に形成した矩形の絶縁基板９と、Ｎ電極およびＰ電極（図示せず）を凹部２０の底面６側に向けて配置して、絶縁基板９の電極パターン上にバンプを介してフリップチップ接続された半導体発光素子１０とを有している。
【００２１】
絶縁基板９上の電極パターンはワイヤ１７を介して基板２の表面７の電極１５，１６に電気的に接続される。
【００２２】
硬化して樹脂層５を形成する充填剤は、例えば、熱硬化型の樹脂１１に蛍光体１２および透光性の拡散材１３を混入したもので、蛍光体１２および拡散材１３の比重は、樹脂１１の比重より大きく設定されている。また、粒状に形成された拡散材１３の大きさは、粒状の蛍光体１２より大きく形成されている。
【００２３】
かかる構成によって、充填剤を所定容器に充填して放置しておくと、拡散材１３および蛍光体１２が下方に沈降し、樹脂１１は拡散材１３および蛍光体１２の隙間に充填されるとともに、拡散材１３および蛍光体１２の上方を覆った状態に分離する。なお、蛍光体１２と樹脂１１のみの場合には、蛍光体１２が最下層に密集するが、拡散材１３を投入することにより、蛍光体１２を、上方から下方に向かって徐々に濃度が高くなるようにして、樹脂１１内に分散することができる。
【００２４】
凹部２０と樹脂層５との界面は、充填剤を充填した状態で凹部２０の開口部３を下方に向けたときに、充填剤が零れない大きさの界面張力を有している。開口部３を下方に向けた状態で、充填剤を硬化させ樹脂層５を形成することによって、樹脂層５中の蛍光体１２の濃度が、凹部２０の底面６から開口部３に向かって徐々に高くなるように形成している。
【００２５】
基板２および樹脂層５の表面には、その光軸を、半導体発光素子１０の光軸に合わせた透光性樹脂からなるレンズ１４が形成されている。また、レンズ１４は、基板２の下部に形成された脚部１８および基板２の中央部を覆ってワイヤ１７を保護する保護部１９とともに一体的に形成されている。
【００２６】
発光ダイオード１に通電すると、半導体発光素子１０の発光面から光が出射される。表面側（レンズ１４側）に出射した光は、樹脂層５内の濃度が高い蛍光体１２に当たってこれを励起させる。半導体発光素子１０から出射された光と、励起された蛍光体から出射された光は、拡散材１３内を通過して、レンズ１４内に入射し、レンズ１４の表面で集光されて外側に出射される。
【００２７】
樹脂層５の表面側の蛍光体１２の濃度を高くしたので、半導体発光素子１０から出射された光によって、蛍光体１２を効率よく励起することができ、均一な色度で、輝度が高い光を取り出すことができる。
【００２８】
次に発光ダイオード１の製造手順について説明する。
【００２９】
（充填剤混合）
流動性を有する樹脂１１に蛍光体１２と拡散材１３を混合する。従来のように、蛍光体１２が底面６側に溜まる場合には、蛍光体１２を半導体発光素子１０の表面側に拡散させるために、拡散材１３の量を多くする必要があるが、拡散材１３の量が多くなると蛍光体１２の濃度が薄くなるため、樹脂層全体の厚みを厚く形成しなければならない。本実施の形態においては、表面側の蛍光体１２の濃度が高くなるように構成しているので、光透過性を損なわない程度まで拡散材１３の量を減らすことができ、蛍光体１２の濃度を高くし、樹脂層の厚みを薄くすることが可能となる。
【００３０】
（半導体発光装置の搭載）
基板２を、凹部２０の開口部３が上方に向くように配置して、凹部２０内の底面６上に半導体発光装置４をダイボンディングし、ワイヤ１７を用いて、半導体発光装置４の電極パターンと、表面７の電極１５を導通接続する。
【００３１】
（ポッティング）
基板２を、凹部２０の開口部３が上方に向くように配置し、凹部２０内に上方から充填剤を滴下する。充填剤の量は、半導体発光装置４の底面を除く全面を覆って、表面が基板２の表面７と同じレベルになる量に設定している。
【００３２】
（硬化）
基板２を、凹部２０の開口部３を下方に向けて、加熱用ラック（図示せず）のスロットに挿入して多段に配置し、恒温槽に入れて所定時間加熱し、樹脂層５を硬化させる。凹部２０の開口部３を下方に向けて硬化させるので、拡散材１３および蛍光体１２は開口部３側に沈殿し、表面側の濃度が高くなる。
【００３３】
また、充填剤と凹部２０との間には界面張力が働いているので、開口部３を下方に向けたときに充填剤が零れることはない。
【００３４】
（レンズ形成）
基板２を成形用金型にセットし、エポキシ樹脂等の透光性樹脂により、レンズ１４、脚部１８および保護部１９を成形する。
【００３５】
このような手順で発光ダイオード１を製造することができる。
【００３６】
なお、樹脂層５は、本実施の形態においては、平面状に形成しているが、界面張力を利用して、開口部３から外側に円弧状に突出させた球面状凸部を形成することも可能である。また、逆に球面状凹部を形成することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含んだ樹脂層で覆われている発光ダイオードにおいて、凹部と前記樹脂層の界面は、凹部の開口部を下方に向けたときに、硬化する前の樹脂層が零れない大きさの界面張力を有し、樹脂層は、凹部の底面から開口部に向かって、蛍光体の濃度が徐々に高くなるように形成されているので、半導体発光装置の表側に向かう光は、蛍光体の濃度が高い部分を通過することになり、薄型に形成して所定の色度を得ることができる。
【００３８】
樹脂層に透光性を有する拡散材を含めると、蛍光体の濃度が高くなりすぎて、半導体発光装置の発光面から出射された光を遮断することを防止し、所定の色度を得ることができる。
【００３９】
基板および樹脂層の表面に、透光性樹脂からなるレンズを設けると、半導体発光装置から出射される光を集光して、輝度を向上させることができる。
【００４０】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、蛍光体を、流動性を有する樹脂に混入させて充填剤を形成し、充填剤を凹部内に上方から滴下して、半導体発光装置を覆うように充填した後、基材を、凹部の開口部が下方に開口するように配置して、樹脂層を硬化させるので、金型を用いずに簡単に製造でき、蛍光体の濃度勾配を簡単に形成し、装置を薄型に形成して所定の色度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオードの側断面図
【図２】同発光ダイオードの斜視図
【符号の説明】
１  発光ダイオード
２  基板
３  開口部
４  半導体発光装置
５  樹脂層
６  底面
７  表面
９  絶縁基板
１０  半導体発光素子
１１  樹脂
１２  蛍光体
１３  拡散材
１４  レンズ
１５  電極
１６  電極
１７  ワイヤ
１８  脚部
１９  保護部
２０  凹部
【図１】
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【図２】
2004303945.tif 000004