(57)【要約】【課題】発光波長変換型半導体発光装置の発光半導体組立体に蛍光体粒子を含む被覆材料を効率的に被着する。【解決手段】半導体組立体(1)と、半導体組立体(1)に被着される被覆体(2)とを備えている。半導体組立体(1)は、基体(3)と、基体(3)に固着された半導体発光素子(4)と、半導体発光素子(4)の複数の電極に電気的に接続された複数の外部リード(5)とを発光波長変換型半導体発光装置に設ける。被覆体(2)は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)と、樹脂基材(6)中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備えている。被覆体(2)は、樹脂基材(6)のガラス転移温度以上の温度に加熱されて、半導体組立体(1)の封止樹脂(14)の全面を覆って基体(3)に熱収縮により密着するので、被覆体(2)の基体(3)への被着を容易に行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体組立体と、該半導体組立体に被着される被覆体とを備え、
前記半導体組立体は、基体と、該基体に固着された半導体発光素子と、該半導体発光素子の複数の電極に電気的に接続された複数の外部リードとを備え、
前記被覆体は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材と、該樹脂基材中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備え、
前記被覆体は、前記樹脂基材のガラス転移温度以上の温度に加熱されて、前記半導体発光素子を覆って前記基体に熱収縮により密着することを特徴とする発光波長変換型半導体発光装置。
【請求項２】
均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材と、該樹脂基材中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備え熱収縮可能な被覆体を準備する工程と、
半導体発光素子を基体に固定して半導体組立体を形成する工程と、
前記半導体組立体の前記半導体発光素子を前記被覆体により包囲する工程と、
前記被覆体をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、前記半導体発光素子の外側に前記被覆体を被着する工程とを含むことを特徴とする発光波長変換型半導体発光装置の製法。
【請求項３】
熱収縮可能な前記被覆体を準備する工程は、前記樹脂基材を架橋する工程と、架橋した前記樹脂基材をガラス転移温度以上の温度に保持した状態で延伸し、延伸した形状を維持しながら常温まで冷却する工程とを含む請求項２に記載の発光波長変換型半導体発光装置の製法。
【請求項４】
熱収縮可能な前記被覆体を円筒状に形成する工程と、
円筒状の前記被覆体の内部に前記半導体組立体を配置して前記半導体発光素子を前記被覆体により包囲する工程と、
前記被覆体をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、前記半導体発光素子及び前記基体の外側に前記被覆体を被着する工程とを含む請求項２又は３に記載の発光波長変換型半導体発光装置の製法。
【請求項５】
熱収縮可能な前記被覆体をシート状に形成する工程と、
前記半導体発光素子を含む前記基体の一方の主面に前記被覆体を付着する工程と、
前記被覆体をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、前記半導体発光素子及び前記基体の一方の主面に前記被覆体を被着する工程とを含む請求項２又は３に記載の発光波長変換型半導体発光装置の製法。
【請求項６】
複数の前記半導体発光素子を含む前記基体の一方の主面に前記被覆体を真空作用により付着する工程と、
前記被覆体をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、前記半導体発光素子及び前記基体の一方の主面に前記被覆体を被着する工程と、
前記基体を切断して単数又は複数の前記半導体素子を含む基体に分割する工程とを含む請求項５に記載の発光波長変換型半導体発光装置の製法。
【請求項７】
前記被覆体に光透過性の接着剤層を形成する工程と、
前記接着剤層を介して前記被覆体を前記半導体組立体の前記半導体発光素子及び前記基体を包囲する工程と、
前記被覆体をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、前記半導体発光素子の外側に前記被覆体を被着すると共に、前記接着剤により前記被覆体を前記基体に接着する工程とを含む請求項２〜６の何れか１項に記載の発光波長変換型半導体発光装置の製法。
【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、特に樹脂基材中に略均一に分散された蛍光体粒子を含む被覆材料を効率的に発光半導体組立体に被着する発光波長変換型半導体発光装置及びその製法に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蛍光物質を半導体発光素子と組み合わせた蛍光物質波長変換半導体発光装置には、種々の構造が提案されている。その中で、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体を混合した樹脂を青色光を生ずる発光ダイオードチップの周囲に充填して、白色系の光を得る半導体発光装置がある。発光ダイオードチップから照射される青色光により励起されるＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体は、黄色系の光に波長変換するので、互いに補色の関係にある青色光と黄色光とが混色され、白色光を発生する。しかしながら、補色関係にある光を混色させて白色光を生ずる現象を利用する方法では、蛍光体の含有量が所定の範囲から僅かでも逸脱すると、混色光の色度が所期の色度から大きく乖離する重大な欠点があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２００１６５号（図１、第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この欠点を解決するため、特許文献１に示されるように、青色発光ダイオードチップにＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体を含有したラバーキャップを被せた半導体発光装置がある。この半導体発光装置では、ゲル状のシリコーン樹脂に蛍光体を混合して金型でキャップ状に整形した後、加熱硬化して形成される蛍光体含有シリコーンラバーを半導体発光装置の樹脂封止体に被着することができる。この半導体発光装置では、蛍光体の含有量を正確に制御し且つ極めて正確な厚さでシリコンラバーを形成できるため、色度のばらつきが非常に少ない利点がある。しかしながら、半導体発光装置からラバーキャップが容易に脱落しないように、半導体発光装置の封止樹脂の外形寸法よりも小さい内径でラバーキャップを形成し、ラバーキャップを押し広げた状態で、その中に封止樹脂を挿入するか又は接着剤でラバーキャップを封止樹脂に貼着して、ラバーキャップを封止樹脂に固定しなければならない。このように、従来では、ラバーキャップの装着固定が困難で、極めて生産性が悪い大きな弱点があった。
そこで、本発明は、蛍光体粒子を含む被覆材料を効率的に発光半導体組立体に被着する発光波長変換型半導体発光装置及びその製法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光波長変換型半導体発光装置は、半導体組立体(1)と、半導体組立体(1)に被着される被覆体(2)とを備えている。半導体組立体(1)は、基体(3)と、基体(3)に固着された半導体発光素子(4)と、半導体発光素子(4)の複数の電極に電気的に接続された複数の外部リード(5)とを備えている。被覆体(2)は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)と、樹脂基材(6)中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備えている。被覆体(2)は、樹脂基材(6)のガラス転移温度以上の温度に加熱されて、半導体発光素子(4)を覆って基体(3)に熱収縮により密着する形状記憶作用を有するので、効率的に且つ容易に被覆体(2)を基体(3)に被着することができる。
【０００６】
本発明による発光波長変換型半導体発光装置の製法は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)と、樹脂基材(6)中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備え熱収縮可能な被覆体(2)を準備する工程と、半導体発光素子(4)を基体(3)に固定して半導体組立体(1)を形成する工程と、半導体組立体(1)の半導体発光素子(4)を被覆体(2)により包囲する工程と、被覆体(2)をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、半導体発光素子(4)の外側に被覆体(2)を被着する工程とを含む。半導体組立体(1)の半導体発光素子(4)を被覆体(2)により包囲した後、熱収縮を利用して被覆体(2)を半導体発光素子(4)の外側に容易に被着することができる。内部に蛍光体粒子を略均一に分散し且つ均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)を使用するので、半導体発光装置の発光面全体にわたり均一な色度で発光させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による発光波長変換型半導体発光装置及びその製法の実施の形態を図１〜図１３について説明する。
図１〜図３は、表面実装型半導体発光装置に適用した本発明による発光波長変換型半導体発光装置の第１の実施の形態を示す。図１〜図３に示す第１の実施の形態では、発光波長変換型半導体発光装置は、半導体組立体(1)と、半導体組立体(1)に被着される被覆体(2)とを備えている。半導体組立体(1)は、基体(3)と、基体(3)に固着された半導体発光素子としての発光ダイオードチップ(4)と、発光ダイオードチップ(4)の複数の電極に電気的に接続された一対の外部リード(5)とを備えている。発光ダイオードチップ(4)は、３７０nm〜４２０nmの近紫外から紫色領域の発光波長を有する発光素子又は４２０nm〜４９０nmの青色領域の発光波長を有する発光素子が使用される。近紫外から紫色領域の光で励起され、赤色、緑色、青色の光を発する赤色、緑色、青色の混色発光体と前者の発光素子とを組み合わせ又は青色領域の光で励起され、黄色系から橙色系の光を発する蛍光体、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体粒子と後者の発光素子とを組み合わせれば、それぞれ白色系の光を発する蛍光体粒子による波長変換型半導体発光装置を実現することができる。なお、近紫外から紫色領域の発光素子を使用する場合は、この領域の波長の光で黄変等の劣化を起こし難いシリコーン樹脂又はテフロン樹脂の被覆体(2)を用いることが望ましい。
【０００８】
一方の外部リード(5a)及び他方の外部リード(5b)は、基体(3)の一方の主面(3a)から基体(3)の各側面(3b)及び他方の主面(3c)に沿って延伸し且つ基体(3)に固着される。一方の外部リード(5a)にはランド(5c)が一体に形成され且つ基体(3)の一方の主面(3a)に固着される。円錐状のテーパ内面(11)により形成される空洞部(12)が形成されたリフレクタ(10)は、基体(3)の一方の主面(3a)に接着される。テーパ内面(11)は、基体(3)の一方の主面(3a)から上方に向かって拡径して形成され、ランド(5c)は、空洞部(12)の内側に形成される。発光ダイオードチップ(4)は、空洞部(12)の内側でランド(5c)上に固着される。図示しないが、発光ダイオードチップ(4)の上面と底面にそれぞれ電極が形成され、上面の電極は、リード細線(13)により他方の外部リード(5b)に電気的に接続され、底面の電極は、ランド(5c)を介して一方の外部リード(5a)に電気的に接続される。発光ダイオードチップ(4)、リフレクタ(10)、リード細線(13)、ランド(5c)及び一方の外部リード(5a)と他方の外部リード(5b)の各内端部は、光透過性のエポキシ樹脂により形成される封止樹脂(14)により封止される。
【０００９】
半導体組立体(1)に被着される被覆体(2)は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)と、樹脂基材(6)中に略均一に分散された図示しない蛍光体粒子とを備えている。被覆体(2)は、樹脂基材(6)のガラス転移温度以上の温度に加熱されて、半導体発光素子(4)を覆って基体(3)に熱収縮により密着する形状記憶作用を有する。被覆体(2)の材質は、透明又は半透明の熱収縮性のあるポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、エチレン・プロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、テフロン樹脂（ＦＥＰ樹脂、ＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂など）等の樹脂を使用することができる。ポリオレフィン樹脂の場合に収縮温度約１２０℃〜約１２１℃、径方向の収縮率は約３３%〜約５０%で、長さ方向の収縮率は、＋５%〜−２０%である。このように、熱収縮率が大きいので、半導体組立体(1)の外形よりも十分に大きい被覆体(2)を使用しても、被覆体(2)は加熱により十分に収縮して、半導体組立体(1)に密着するので、半導体組立体(1)の被覆体(2)への配置が容易であり、非常に作業性が高い。
【００１０】
図１〜図３に示す発光波長変換型半導体発光装置を製造する際に、図４に示すように、熱収縮可能なチューブ状の被覆体(2)を準備すると共に、発光ダイオードチップ(4)を基体(3)に固定して半導体組立体(1)を形成する。被覆体(2)は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)と、樹脂基材(6)中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備えている。その後、図５及び図６に示すように、チューブ状の被覆体(2)の内部に半導体組立体(1)を配置して、半導体組立体(1)の発光ダイオードチップ(4)又は封止樹脂(14)の全面又は略全面を被覆体(2)により包囲する。続いて、被覆体(2)をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、発光ダイオードチップ(4)の外側に被覆体(2)を形状記憶作用により被着する。
【００１１】
このように、半導体組立体(1)の発光ダイオードチップ(4)を被覆体(2)により包囲した後、図１に示すように、熱収縮を利用して発光ダイオードチップ(4)の外側に容易に被覆体(2)を被着することができる。また、内部に蛍光体粒子を略均一に分散し且つ均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)を使用するので、半導体発光装置の発光面全体にわたり均一な色度で発光させることができる。
【００１２】
図７は、樹脂封止型半導体発光装置に適用した本発明による発光波長変換型半導体発光装置の第２の実施の形態を示す。図７に示す発光波長変換型半導体発光装置は、半導体組立体(1)と、半導体組立体(1)に被着される被覆体(2)とを備えている。半導体組立体(1)は、基体(3)と、基体(3)に形成された皿状部(3d)に固着された発光ダイオードチップ(4)と、発光ダイオードチップ(4)の複数の電極とされた一対の外部リード(5)の一方の外部リード(5a)及び他方の外部リード(5b)とを電気的に接続するリード細線(13)と、基体(3)、発光ダイオードチップ(4)、リード細線(13)及び外部リード(5)の端部を封止する封止樹脂(14)とを備えている。
【００１３】
第１の実施の形態と同様に、半導体組立体(1)に被着される被覆体(2)は、均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材(6)と、樹脂基材(6)中に略均一に分散された蛍光体粒子とを備えている。被覆体(2)は、図８に示すように、チューブ状に形成され、端部(2a)は、熱収縮時に封止樹脂(14)の球面を包囲する複数の三角状に形成される。砲弾型の封止樹脂(14)を被覆する被覆体(2)の端部(2a)を三角状に形成せず、単純な円筒形状で被覆体(2)を形成しても、熱収縮する被覆体(2)により封止樹脂(14)を比較的良好に被覆することができる。別形状として、図９及び図１０に示すように、被覆体(2)をシート状の星形に形成して、封止樹脂(14)に被せて熱収縮させてもよい。
【００１４】
熱収縮可能な被覆体(2)を準備する際に、過酸化物架橋剤、シラン架橋剤等の架橋剤、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴＭＡ）等の架橋助剤、酸化防止剤、老化防止剤、安定剤、金属不活性化剤、着色剤、滑剤、補強剤、紫外線吸収剤、増量剤等を必要に応じて又は選択的に適宜樹脂基材(6)に添加して、樹脂基材(6)を架橋し、架橋した樹脂基材(6)をチューブ状に形成する。次に、ガラス転移温度以上の温度に保持した状態で内部に加圧空気を供給して、チューブ状の樹脂基材(6)の内径が２倍以上になるように樹脂基材(6)を延伸し、延伸した形状を維持しながら常温まで冷却する。樹脂基材(6)を延伸させて分子配向による歪みを与えると、樹脂基材(6)中に残留応力が形成される。続いて、第１の実施の形態に対し、熱収縮可能な被覆体(2)を円筒状に形成する。その後、前記の通り、円筒状の被覆体(2)の内部に半導体組立体(1)を配置して発光ダイオードチップ(4)を被覆体(2)により包囲し、被覆体(2)をガラス転移温度以上の温度に再加熱すると、内部応力を緩和するように、分子配向方向に熱収縮を発生して、発光ダイオードチップ(4)及び基体(3)の外側に被覆体(2)を形状記憶作用により被着する。第２の実施の形態に対し、液状の光透過性の樹脂中に蛍光体粒子を配合し、均一に樹脂中で蛍光体粒子を分散させる。次に、射出成型、ポット成型等の成形又は蛍光体粒子を配合した樹脂基材(6)を別体の光透過性樹脂の表面又は裏面に塗布して液状の樹脂を均一な厚さでシート状に形成する。その後、前記の通り、発光ダイオードチップ(4)を含む基体(3)の一方の主面に被覆体(2)を付着し、被覆体(2)をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、発光ダイオードチップ(4)及び基体(3)の一方の主面(3a)に被覆体(2)を被着する。
【００１５】
図１１〜図１３は、複数の半導体組立体(1)を同時に形成する本発明の第３の実施の形態を示す。複数の長孔(31)と基体(3)を構成する複数の連結部(32)とが交互に形成されたプリント基板(30)を準備し、各連結部(32)の所定の位置に一対の外部リード(5)を形成する。外部リード(5)の一方の外部リード(5a)に発光ダイオードチップ(4)を固着すると共に、発光ダイオードチップ(4)の上面に形成された電極と他方の外部リード(5b)とをリード細線(13)により電気的に接続する。その後、発光ダイオードチップ(4)、リード細線(13)及び外部リード(5)の端部を封止樹脂(14)により被覆して複数の半導体組立体(1)を形成する。
【００１６】
必要に応じて樹脂基材(6)を架橋し、軟化点以上の温度に保持した状態でシート状の樹脂基材(6)を図１１に示すＸ方向、Ｙ方向又はＸ−Ｙ両方向に約２倍又はそれ以上の長さ延伸して分子配向を与えた後、常温まで冷却する。次に、複数の発光ダイオードチップ(4)を含む基体(3)の一方の主面(3a)にシート状の被覆体(2)を被せて、長孔(31)を通じて下方から真空により被覆体(2)を一方の主面(3a)上に吸着し、真空作用により被覆体(2)を半導体組立体(1)上に付着させる。次に、被覆体(2)を軟化点（ガラス転移温度）以上の温度に再加熱すると、元の形状に戻ろうとして熱収縮する。この場合に、延伸させた分子配向方向の収縮率は約３３%〜約５０%に達するので、半導体発光素子(4)及び基体(3)の一方の主面に被覆体(2)を被着させと、カットライン(33)に沿って基体(3)を切断して単数又は複数の半導体素子を含む基体(3)に分割することができる。
【００１７】
本発明の第４の実施の形態では、チューブ状の被覆体(2)の内面又はシート状の被覆体(2)の片面にホットメルト接着剤等の光透過性の接着剤層を形成する。接着剤層を介して被覆体(2)を半導体組立体(1)の半導体発光素子(4)及び基体(3)を包囲し、被覆体(2)をガラス転移温度以上の温度に加熱し且つ熱収縮させて、半導体発光素子(4)の外側に被覆体(2)を被着すると共に、接着剤により被覆体(2)を基体(3)に溶着することができる。
【００１８】
本発明の実施の形態では、下記の作用効果が得られる。
［１］  蛍光体粒子の濃度と被覆体(2)の厚さを正確に制御して形成できるので、得られた発光波長変換型半導体発光装置の色度バラツキを十分に制限することができる。
［２］  従来のラバーキャップに比べて簡単に且つ作業性良く被覆体(2)を半導体組立体(1)に取り付けて、半導体発光素子(4)又は封止樹脂(14)の全面又は略全面を被覆することができる。
［３］  被覆体(2)を加熱するだけで、半導体組立体(1)に強固に自己保持できる。
［４］  シリコーン樹脂又はテフロン樹脂等の光劣化の少ない素材を選択できる。
［５］  異なる種類と濃度で蛍光体粒子を配合した被覆体(2)により、同一種類の発光ダイオードチップ(4)により異なる発光色で発光させることができる。
［６］  被覆体(2)は非常に安価である。
【００１９】
【発明の効果】
前記のように、本発明では、半導体発光素子を覆って基体に熱収縮により密着するので、被覆体の基体への被着を容易且つ効率的に行うことができる。また、内部に蛍光体粒子を略均一に分散し且つ均一な厚さを有する光透過性の樹脂基材を使用するので、半導体発光装置の発光面全体にわたり均一な色度で発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による発光波長変換型半導体発光装置の斜視図
【図２】図１の断面図
【図３】図１の端面図
【図４】被覆体内に半導体組立体を配置する状態を示す斜視図
【図５】被覆体内に半導体組立体を配置した状態を示す端面図
【図６】図５の側面図
【図７】本発明の第２の実施の形態による発光波長変換型半導体発光装置の断面図
【図８】図７に示す発光波長変換型半導体発光装置に使用する被覆体の斜視図
【図９】図７とは異なる形状に形成した被覆体の展開図
【図１０】図９に示す被覆体により被覆して形成された発光波長変換型半導体発光装置の側面図
【図１１】図１３に示す発光波長変換型半導体発光装置の半導体組立体及び被覆体を示す斜視図
【図１２】図１３の側面図
【図１３】本発明の第３の実施の形態による発光波長変換型半導体発光装置の斜視図
【符号の説明】
(1)・・半導体組立体、  (2)・・被覆体、  (3)・・基体、  (3a)・・一方の主面、  (3b)・・側面、  (3c)・・他方の主面、  (4)・・半導体発光素子（発光ダイオードチップ）、  (5)・・外部リード、  (5a)・・一方の外部リード、(5b)・・他方の外部リード、  (5c)・・ランド、  (6)・・樹脂基材、  (7)・・蛍光体粒子、  (10)・・リフレクタ、  (11)・・テーパ内面、  (12)・・空洞部、  (13)・・リード細線、  (30)・・プリント基板、  (31)・・長孔、  (32)・・連結部、
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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