(57)【要約】【課題】封止樹脂部は小型であるため熱電対による温度測定が困難である。赤外線温度計を用いても、封止樹脂内部までは温度測定できないうえ、放射係数が分からないと正確な温度を知ることができない。【解決手段】半導体発光素子１５と、半導体発光素子１５の封止樹脂１１と、半導体発光素子１５に電力を供給する電極１９，２１とを備える半導体発光装置１０において、封止部材１１がコレステリック液晶１６を含有する。コレステリック液晶１６の反射色から封止部材１１の内部温度が分かる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子の封止樹脂と、該半導体発光素子に電力を供給する電極とを備える半導体発光装置において、前記封止部材が液晶を含有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記液晶はコレステリック液晶であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記液晶は散乱型液晶であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
半導体発光素子と、該半導体発光素子を封止し液晶を含有する封止樹脂と、該半導体発光素子に電力を供給する電極とを備える半導体発光装置の温度測定方法において、
前記封止部材に光を当て、該光にもとづいて前記液晶から出射する光を計測し前記封止樹脂の温度を求めることを特徴とする半導体発光装置の温度測定方法。
【請求項５】
前記液晶から出射した光を直接測定する過程と、一方の偏光成分だけを測定する過程とを備えることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置の温度測定方法。
【請求項６】
前記光を計測するとき前記半導体発光素子を消灯することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体発光装置の温度測定方法。
【請求項７】
前記液晶から出射する光の色から温度を測ることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体発光装置の温度測定方法。
【請求項８】
前記液晶から出射する光の散乱度から温度を測ることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂で封止したパッケージ構造を有する半導体発光装置及びその樹脂の温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤ素子と呼ぶ）を樹脂で封止しパッケージ化した半導体発光装置（以後とくに断らない限りＬＥＤ装置と呼ぶ）が知られている。ＬＥＤ装置は発光にともない発熱するため、ジャンクション部（発光部）の温度を順方向電圧値から推定することが日常的に行われている。たとえば特許文献１では、ＬＥＤ装置の出力端子電極間の電圧とともに外部環境の温度を測り、ＬＥＤ素子（被測定ＬＥＤ１）の発光部からパッケージを経てＬＥＤ装置の外部（周囲）に至る経路の熱抵抗を得ている（図１及び請求項２）。
【０００３】
しかしながらこの方法で得られる温度情報はＬＥＤ素子の発光部の温度に限られパッケージ全体の温度分布を示しているわけではない。これに対しパッケージは封止樹脂があり、この封止樹脂には温度により発光特性が敏感に変化する蛍光体が含まれていること多い。そこで品質管理をするうえで封止樹脂の温度を直接的に知りたいという要請が起きた。
【０００４】
温度を測る手法には接触式と非接触式がある。接触式では温度センサーを物体に直接触れて温度を測定する。ところが測定対象が小さいと温度センサーの熱容量の影響で温度測定が不正確になることがある。例えば熱電対によりＬＥＤ装置の封止樹脂の温度を測ろうとすると、ＬＥＤ素子が小型であるため熱電対自身の大きな熱容量の影響により封止樹脂の温度が大きく変化してしまう。これに対し測定対象物に触れない非接触式の温度測定は小物体の温度測定に向いている。例えば赤外線温度計の場合、物体が発する赤外線をレンズでサーモパイルに集光し、このときの赤外線強度から温度を測ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３００８１１号公報  （図１、請求項２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら赤外線温度計は物体の表面温度が分かるだけで封止樹脂内部までの温度は判然としない。また樹脂表面の放射係数が未知であると正確な温度が測定できない。そこで本発明は、これらの課題に鑑み、放射係数が未知であっても非接触で封止樹脂内の温度が測れる半導体発光装置及びその温度測定方法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】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、該半導体発光素子の封止樹脂と、該半導体発光素子に電力を供給する電極とを備える半導体発光装置において、前記封止部材が液晶を含有することを特徴とする。
【０００８】
前記液晶はコレステリック液晶であっても良い。
【０００９】
前記液晶は散乱型液晶であっても良い。
【００１０】
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子と、該半導体発光
素子を封止し液晶を含有する封止樹脂と、該半導体発光素子に電力を供給する電極とを備える半導体発光装置の温度測定方法において、前記封止部材に光を当て、該光にもとづいて前記液晶から出射する光を計測し前記封止樹脂の温度を求めることを特徴とする。
【００１１】
前記液晶から出射した光を直接測定する過程と、一方の偏光成分だけを測定する過程とを備えると良い。
【００１２】
前記光を計測するとき前記半導体発光素子を消灯するが好ましい。
【００１３】
前記液晶から出射する光の色から温度を測っても良い。
【００１４】
前記液晶から出射する光の散乱度から温度を測っても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体発光装置及びその温度測定方法は、封止樹脂に含有された液晶が温度により光学特性を変化させることを利用し、この液晶に光を当て、液晶から出射する光を計測して封止樹脂内部の温度を知ることができる。このようにして封止樹脂に非接触で、さらに放射係数が未知であっても封止樹脂の内部温度を測ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図２】図１のＬＥＤ装置の封止樹脂温度を測る測定系の説明図。
【図３】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図４】図３のＬＥＤ装置の封止樹脂温度を測る測定系の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図１〜４を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
（第１実施形態）
【００１８】
図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置１０（半導体発光装置）の断面図である。ＬＥＤ装置１０は、回路基板２２上にＬＥＤ素子１５をフリップチップ実装している。回路基板２２表面及びＬＥＤ素子１５は封止樹脂１１で被覆されている。
【００１９】
回路基板２２は、板材１８の上面と下面にそれぞれ電極１９，２１を備え、電極１９と電極２１はスルーホール２０で接続している。電極１９，２１はニッケル及び金層を備えた銅箔であり、厚さが１０〜３０μｍ程度である。スルーホール２０は直径が１００〜３００μｍ程度で内面に金属箔を備え金属ペーストが充填されている。板材１８は、厚さが数１００μｍで、熱伝導等を考慮して樹脂、セラミクス、金属から選ばれる。
【００２０】
ＬＥＤ素子１５はサファイア基板１２の下面に半導体層１３が形成され、半導体層１３に２個のバンプ電極１４が付着している。サファイア基板１２は厚さが８０〜１２０μｍであるが、さらに薄くすればサファイア基板１２の側面から出射する光が減り、上方へ向かう光が増える。半導体層１３は厚さが７μｍ程度であり、発光層を備えた青色発光ダイオードである。２個のバンプ電極１４はそれぞれアノードとカソードに相当し、電解メッキ法で形成され厚さが１０〜３０μｍ程度になる。バンプ電極１４は金属共晶接合により電極１９と接続している。
【００２１】
封止樹脂１１は厚さが数１００μｍのシリコーン樹脂であり、コレステリック液晶１６と蛍光体１７が分散している。コレステリック液晶１６は常温から１００℃程度の温度範囲のなかで反射色が変化するよう調整されている。コレステリック液晶１６は温度変化にともなって螺旋ピッチが変化し、これに合わせて反射色も変化する。このとき螺旋の回転方向から決まる一方の回転方向の円偏光だけが反射される。蛍光体１７は珪酸塩系（又は窒化物系）の緑色蛍光体と窒化物系の赤色蛍光体からなっている。半導体層１３から出射した青色光と、この青色光により励起した蛍光体１７からの緑色光及び赤色光とが混色し白色光が得られる。
【００２２】
図２によりＬＥＤ装置１０に含まれる封止樹脂１１の温度測定方法を説明する。図２は図１に示したＬＥＤ装置１０に含まれる封止樹脂１１の温度を測る測定系の説明図である。ＬＥＤ装置１０はマザー基板３８上に実装されている。このときＬＥＤ装置１０の電極２１（図１参照）はマザー基板３８上に形成された配線電極３７と半田（図示せず）で接続している。またＬＥＤ装置１０は、配線電極３７に接触するプローブ３６介して電源３９から電力を供給される。
【００２３】
測定用光源３１はＬＥＤ装置１０の斜め上方に配置され、ＬＥＤ装置１０に向って白色の光線３４（可視光領域において一定の強度を示すもの）を出射する。輝度計３３は、ＬＥＤ装置１０に対して測定用光源３１とは反対側の斜め上方に配置され、ＬＥＤ装置１０が出射する光線３５を受光する。この輝度計３３は波長λごとに輝度を計測できるもので、波長λの関数として示される輝度から色度を演算する。輝度計３３の前には、一方の回転方向の円偏光を透過し他方の回転方向の円偏光を反射する偏光板３２が配置されている。この偏光板３２は可動となっており、輝度計３３は、偏光板３２がないときの光線３５と、偏光板３２があるときの光線３５をそれぞれ計測する。
【００２４】
次に図２の測定系で、光線３５から封止樹脂１１（図１参照）に含まれるコレステリック液晶１６（図１参照）の反射光を得る方法を説明する。光線３５に含まれるコレステリック液晶１６の反射光（波長λの関数として示される輝度）をＬＣ（λ）、反射光以外で右回転している輝度成分をＰＲ（λ）、左回転している輝度成分をＰＬ（λ）とする。偏光板３２がない状態で光線３５の輝度Ｉ１（λ）を測定すると、Ｉ１（λ）は、
Ｉ１（λ）＝ＬＣ（λ）＋ＰＲ（λ）＋ＰＬ（λ）
となる。ＬＣ（λ）が右回転であり、偏光板３２も右回転成分だけを通過させるものである場合、偏光板３２がある場合の輝度Ｉ２（λ）は、
Ｉ２（λ）＝ＬＣ（λ）＋ＰＲ（λ）
となる。また、半導体層１３（図１参照）や蛍光体１７（図1参照）の発光は等方的なので、
ＰＲ（λ）＝ＰＬ（λ）
となるから、ＬＣ（λ）は、
ＬＣ（λ）＝２・Ｉ２（λ）−Ｉ１（λ）
となる。この結果から、コレステリック液晶１６の反射色が得られる。
【００２５】
次にコレステリック液晶の反射光ＬＣ（λ）の色を判定する過程を説明する。本説明ではＣＩＥ１９３１標準表色系にもとづいて色をｘ，ｙで表す。色は等価的に赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの線形結合で表すことができる。このとき波長λの光に対し赤、緑、青と感じる度合いは三刺激値ｒ（λ），ｇ（λ）、ｂ（λ）となる。ところが色をＲ，Ｇ，Ｂの線形結合で表そうとすると、実在の色に対しＲ、Ｇ又はＢの係数が負になることがある。そこで係数が負になることを避けるため、
Ｘ＝２．７６８９Ｒ＋１．７５１７Ｇ＋１．１３０２Ｂ
Ｙ＝１．００００Ｒ＋４．５９０７Ｇ＋０．０６０１Ｂ
Ｚ＝０．００００Ｒ＋０．０８６５Ｇ＋５．５９４３Ｂ
というように座標変換する。この座標変換にともない三刺激値ｒ（λ），ｇ（λ）、ｂ（λ）は三刺激値ｘ（λ），ｙ（λ）、ｚ（λ）に変換される。
この結果、反射光ＬＣ（λ）のＸ成分はＬＣ（λ）・ｘ（λ）となり、Ｘ全体としてはＬＣ（λ）・ｘ（λ）を可視光領域でλについて積分したものとなる（Ｙ，Ｚも同様）。
【００２６】
Ｘ、Ｙ、Ｚは色相、彩度とともに明度の情報も含んでいるので、明度情報を除去し色に関する情報だけを残すため、
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
とする。これらの演算により反射光ＬＣ（λ）からｘ，ｙ値が求まり色が決まる。
【００２７】
温度に対する反射色ＬＣ（λ）の関係は予め標準的な試料を使って求めておく。分散状態にあるコレステリック液晶粒の軸は媒質中でランダムな方向をとるので、媒質は透明であればよい。しかしながら反射色ＬＣ（λ）は角度に依存するので、試料を中心として測定用光源３１と輝度計３３の角度及び距離は常に一定とする必要がある。
【００２８】
これまでの説明では、偏光板３２のある場合と無い場合の２回の測定を行うことにより、バイアス成分のない反射色｛ＬＣ（λ）｝が得られることを示した。このときＬＥＤ装置１０は点灯した状態であっても良い。ＬＥＤ装置１０が点灯状態にあるとき封止樹脂１１の温度が計測できるため直接的である。しかしながらバイアスとなる青色光や、この青色光から波長変換された緑色光、赤色光の成分が大きいので反射色｛ＬＣ（λ）｝の精度が落ちる。そこで測定時に短時間だけＬＥＤ装置１０を消灯してもよい。この場合は、前述の青色光がなくなるのでバイアス成分｛ＰＲ（λ），ＰＬ（λ）｝が減るため反射光ＬＣ（λ）の測定精度が向上する。なおこのとき消灯期間は封止樹脂１１の温度が下がらない程度に短くしなければならない。なお偏光板３２の吸収・反射等の損失を補正することが好ましい。
【００２９】
また偏光板３２を移動させず、測定用光源３１を点灯した状態で測定した値から、測定用光源３１を消灯した状態で測定した値を減算し反射色ＬＣ（λ）を求めても良い。なおこの場合は測定用光源３１により励起した蛍光体１７による発光成分が混入するので前述の偏光板を移動させる方式に比べ精度が落ちる。
【００３０】
同様に測定用光源３１が消灯と点灯した状態で得たふたつの値から反射色ＬＣ（λ）を得ようとする手法では偏光板３２を省いても良い。ただこのときは測定用光源３１により励起された蛍光体１７の発光のうち、反射光と反対回転の成分もノイズとなってしまうのでさらに精度が下がる。
【００３１】
偏光板３２を移動させず測定時にＬＥＤ装置１０を短時間消灯し光線３５を測定しても良い。この場合も測定用光源３１により励起した蛍光体１７による発光成分が混入するので精度が下がる。また前述と同様の理由で偏光板３２がないとさらに精度が落ちる。
（第２実施形態）
【００３２】
図３は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置４０（半導体発光装置）の断面図である。ＬＥＤ装置４０と、図１に示した第１実施形態のＬＥＤ装置１０との違いは、ＬＥＤ装置４０において封止樹脂１１に含まれる液晶がコレステリック液晶１６（図１参照）ではなく散乱型液晶４１となっていることだけである。
【００３３】
散乱型液晶４１は温度が変化すると屈折率が変化する。封止樹脂１１の主成分であるシリコーンの屈折率と散乱型液晶４１の屈折率の差が大きくなると散乱度が大きくなるので、温度と散乱度が一定の関係を持つようになる。
【００３４】
図４によりＬＥＤ装置４０に含まれる封止樹脂１１の温度測定方法を説明する。図４は図３に示したＬＥＤ装置４０の封止樹脂１１の温度を測る測定系の説明図である。図４と図２（第１実施形態）との違いは、図４において被測定物がＬＥＤ装置４０になっていること以外に、測定用光源３１の前面に偏光板４２があること、光線４４が偏光していること、光線４５及び偏光板４３とを光線３５及び偏光板３２（図２参照）と違った番号で示していることである。偏光板４２は光線４４を直線偏光とするものでよく、このとき偏光板４３と偏光板４２の偏光軸をあわせておく。なお偏光板４２を円偏光板としたきは、偏光板４３は光線４４とは逆回転する成分を透過するものが良い。
【００３５】
本実施形態でも図２と同様の方法で偏光板４３のある場合とない場合で輝度測定をすると、バイアス成分を消すことが可能となり散乱型液晶４１による散乱強度が得られる。また短時間だけＬＥＤ装置４０を消灯し、この間に散乱強度を測定しても良い。精度が下がるが偏光板４２，４３がなくても散乱強度測定により封止樹脂１１の温度は測れる。同様に偏光板４２，４３を備えながら、偏光板４３のある場合だけ測ってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０，４０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…封止樹脂、
１２…サファイア基板、
１３…半導体層、
１４…バンプ電極、
１５…ＬＥＤ素子（半導体発光素子）、
１６…コレステリック液晶（液晶）、
１７…蛍光体、
１８…板材、
１９，２１…電極、
２０…スルーホール、
２２…回路基板、
３１…測定用光源、
３２，４２，４３…偏光板、
３３…輝度計、
３４，３５，４４，４５…光線、
３６…プローブ、
３７…配線電極、
３８…マザー基板、
３９…電源、
４１…散乱型液晶（液晶）。
【図１】
2012202813.tif 000003
【図２】
2012202813.tif 000004
【図３】
2012202813.tif 000005
【図４】
2012202813.tif 000006