(57)【要約】【課題】    従来のＬＥＤ発光装置は発光効率が良く、発光特性の揃った（１ビン化された）ＬＥＤ発光装置を簡単に量産することが困難だった。【解決手段】  回路基板２にＬＥＤ３を実装し、ＬＥＤ３の側面に光散乱層７を形成し、ＬＥＤ３と光散乱層７の上面に蛍光体層５ａを形成したＬＥＤ発光装置１０であって、ＬＥＤ３の上面と、光散乱層７の上面とがほぼ同一面を形成している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に半導体発光素子を実装し、該半導体発光素子の側面に光散乱層を形成し、前記半導体発光素子と前記光散乱層の上面に蛍光体層を形成した半導体発光装置であって、前記半導体発光素子の上面と、前記光散乱層の上面とがほぼ同一面を形成していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子は前記回路基板上にフリップチップ実装せれている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子と前記光散乱層の上面に形成された蛍光体層に透明樹脂層が積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記透明樹脂層は第１透明樹脂層と第２透明樹脂層の2層に形成されており、前記第１透明樹脂層と第２透明樹脂層は前記蛍光体層の両面に、それぞれ積層されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
大判の回路基板上に複数の半導体発光素子を所定の間隔でフリップチップ実装する実装工程と、前記回路基板上にフリップチップ実装された複数の半導体発光素子を被覆する高さまで、光散乱層を形成する光散乱層形成工程と、前記光散乱層を前記半導体発光素子の上面と同じ高さまで研磨する研磨工程と、研磨された光散乱層と前記半導体発光素子との上面に蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、前記回路基板を切断することにより半導体発光装置を分離形成する切断工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記蛍光体層形成工程の後に、各半導体発光素子の両端部に前記蛍光体層と光散乱層とを所定の幅で切削加工により溝を形成する溝加工工程と、前記溝に反射性樹脂を注入することにより、反射枠を形成する反射枠形成工程とをさらに有し、前記切断工程において前記反射枠を残して前記回路基板を切断することを特徴とする請求項５に記載の半導体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ＬＥＤ素子等の半導体発光素子を備えた半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においてもＬＥＤ発光装置を実施形態として説明する。
【０００３】
特に近年、ＬＥＤと蛍光体樹脂等の蛍光体層を組み合わせて、各発光色のＬＥＤ発光装置を構成する光源が多く製品化されており、例えば青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光樹脂の組み合わせによる白色ＬＥＤ発光装置が広く採用されている。（例えば引用文献１）
【０００４】
以下引用文献１における従来のＬＥＤと蛍光体樹脂を組み合わせたＬＥＤ発光装置に付いて説明する。図６は引用文献１における従来のＬＥＤ発光装置１００の要部断面図であり、発明の趣旨を変えない範囲で、簡略化して記載している。図６においてＬＥＤ発光装置１００は回路基板１０２にフリップチップ実装（以後ＦＣ実装と略記する）されたＬＥＤ１０３を回路基板１０２上に設けた反射枠１０４を利用して蛍光樹脂１０５で封止している。なお１０３ａ、１０３ｂはＬＥＤ３に設けられたバンプ電極であり、ＬＥＤ３はバンプ電極１０３ａ、１０３ｂにより、回路基板１０２上の配線電極（図示を省略）にＦＣ実装されている。
【０００５】
次に、ＬＥＤ発光装置１００の発光動作を説明する。ＬＥＤ１０３から発光された放射光はＰ１，Ｐ２，Ｐ３のようにＬＥＤ１０３からの発光位置により出射するまでに通過する蛍光樹脂１０５中の距離が変化する。このようにＬＥＤ１０３からの放射光は蛍光樹脂１０５を通過する距離によって影響をうけ、色度が変化する。このために１つのＬＥＤ１０３においてもＬＥＤ１０３の上方に出射する出射光Ｐ１とＬＥＤ１０３の側方に出射する出射光Ｐ２、Ｐ３とでは通過する蛍光樹脂１０５中の距離が大きく異なるため、出射光Ｐ１と、Ｐ２，Ｐ３の強度比、すなわちＬＥＤ１０３の上方への放射束と側方への放射束がばらつくとＬＥＤ発光装置の色度もばらついてしまう。この結果、ＬＥＤ発光装置１００として１ビン化（色度図中の領域範囲に収まること）が困難になる。
【０００６】
また、複数のＬＥＤ発光装置１００を量産した場合には、各ＬＥＤ発光装置１００ごとのＬＥＤ自体の厚さや実装の高さのバラツキに加えて、封止する蛍光樹脂１０５の厚みの違いにより、各ＬＥＤ発光装置１００ごとの色度変化もあるため、量産品を１ビン化することはさらに困難となる。
【０００７】
上記引用文献１に示すＬＥＤ発光装置１００における、ＬＥＤからの発光が通過する蛍光樹脂の距離の違いによる色度変化を改良する方式が提案されている。（例えば引用文献２）
以下引用文献２における従来のＬＥＤと蛍光体樹脂を組み合わせたＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
【０００８】
図７は引用文献２における従来のＬＥＤ発光装置２００の要部断面図であり、図７においてＬＥＤ発光装置２００は２本のリード部材、すなわちマウントリード２０２ａとインナーリード２０２ｂとが併設されており、マウントリード２０２ａのカップ内に固着されたＬＥＤ２０３が、ワイヤー２０３ａ、２０３ｂによってそれぞれもマウントリード２０２ａとインナーリード２０２ｂとにワイヤーボンディングされて実装されている。
【０００９】
そして実装されたＬＥＤ２０３とマウントリード２０２ａとインナーリード２０２ｂとは透明樹脂または光拡散材を混入した透明樹脂２０６によって砲弾型にモールドされており、さらに砲弾型にモールドされた透明樹脂２０６の表面には、蛍光樹脂２０５が一定な厚さに被覆されている。
【００１０】
次に、ＬＥＤ発光装置２００の発光動作を説明する。ＬＥＤ２０３から発光された放射光は透明樹脂２０６の内部を進行し、透明樹脂２０６の表面に被覆された蛍光樹脂２０５を通過して放射光Ｐｓとして放射される。すべての出射光Ｐｓは透明樹脂２０６の中の進行ではほとんど減衰せず、透明樹脂２０６の表面に被覆された蛍光樹脂２０５が一定の厚さに被覆されているので、同じ距離の蛍光樹脂２０５を通過する（蛍光樹脂通過の光路長が同じ）ことによって、すべて同一の色度を有する。
【００１１】
さらに、ＬＥＤ発光装置の部材配置に着目したものも提案されている（例えば引用文献３）。引用文献３にはＬＥＤの発光面側に光を遮る部材を配置せずに、側面側のみを蛍光体層にて被覆したＬＥＤ発光装置が示されている。このＬＥＤ発光装置は蛍光体層から発光される光が蛍光樹脂から発光される光のみにできることを利用して、蛍光樹脂の配置場所を特定することによりＬＥＤ発光装置間の色度バラツキを抑えることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２４２５１３号公報
【特許文献２】特開平１０―２００１６５号公報
【特許文献３】特開２００３−２４９６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、引用文献３に示すＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤの側面側から発光した青色光は平均的に長い光路長を通るため全て波長変換される。この方式では図６のＬＥＤ発光装置１００と同様にＬＥＤの上方と側方から出射する放射束の比で色度がばらつく。そのうえ長い光路長を通ることは、波長変換以外の吸収による光損失も大きくなり発光効率を落とすという問題がある。
【００１４】
以上のように特許文献１のＬＥＤ発光装置１００や引用文献３のＬＥＤ発光装置に対して、引用文献２のＬＥＤ発光装置２００の方が発光効率の良さや、色度の１ビン化の点において優れているといえる。
【００１５】
しかし、上記引用文献２におけるＬＥＤ発光装置２００はすべての放射光が同じ距離の蛍光樹脂２０５を通過することによって、色度の均一化、すなわち１ビン化の点においてすぐれているが、被覆層を備えた砲弾型のような複雑な形状をしているため、量産化に適さないという問題がある。つまり、形状が複雑な立体形状であるため、透明樹脂の表面に蛍光樹脂を均一の厚さに被覆することも難しく、さらに量産化によるコストダウンを困難にしている。
【００１６】
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、ＬＥＤからのすべての放射光の蛍光樹脂通過の光路長を同じにすることによって、色度の均一化による１ビン化を達成すると共に、ＬＥＤからの発光の減衰分を少なくして発光効率を高め、さらに容易に製造することができるＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明におけるＬＥＤ発光装置は、回路基板上に半導体発光素子を実装し、該半導体発光素子の側面に光散乱層を形成し、前記半導体発光素子と前記光散乱層の上面に蛍光体層を形成した半導体発光装置であって、前記半導体発光素子の上面と、前記光散乱層の上面とがほぼ同一面を形成していることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、前記半導体発光素子の上面と、前記光散乱層の上面とがほぼ同一面に形成され、その上面に均一な厚さを有する蛍光体層を形成しているため、半導体発光素子の上面からの発光と、半導体発光素子の側面から発光して前記光散乱層を通過した出射光がいずれも均一な厚さを有する蛍光体層を同じ光路長で通過していくため、半導体発光素子の上面と側面の放射束の比の影響を受けず１ビン化を容易に達成することができる。また、ＬＥＤからの発光は上面側は直接、また側面側は減衰の少ない光散乱層を通過して蛍光体層に入射していくため、発光から出射光までの減衰を極力抑えることができ、高い発光効率を得ることができる。また、半導体発光素子と光散乱層の上面とがほぼ同一面であるため、塗布法に基づく工程が適用できるため製造が容易になる。
【００１９】
上記半導体発光素子は、回路基板上にフリップチップ実装されていると良い。
【００２０】
前記半導体発光素子と前記光散乱層の上面に形成された蛍光体層に透明樹脂層が積層されていると良い。
【００２１】
前記透明樹脂層は第１透明樹脂層と第２透明樹脂層の2層に形成されており、前記第１透明樹脂層と第２透明樹脂層は前記蛍光体層の両面に、それぞれ積層されていると良い。  
【００２２】
上記目的を達成するための本発明における製造方法は、大判の回路基板上に複数の半導体発光素子を所定の間隔でフリップチップ実装する実装工程と、前記回路基板上にフリップチップ実装された複数の半導体発光素子を被覆する高さまで、光散乱層を形成する光散乱層形成工程と、前記光散乱層を前記半導体発光素子の上面と同じ高さまで研磨する研磨工程と、研磨された光散乱層と前記半導体発光素子との上面に蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、前記回路基板を切断することにより半導体発光装置を分離形成する切断工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
前記蛍光体層形成工程の後に、各半導体発光素子の両端部に前記蛍光体層と光散乱層とを所定の幅で切削加工により溝を形成する溝加工工程と、前記溝に反射性樹脂を注入することにより、反射枠を形成する反射枠形成工程とをさらに有し、前記切断工程において前記反射枠を残して前記回路基板を切断すると良い。
【００２４】
上記製造方法によれば、大判の回路基板上にフリップチップ実装された複数の半導体発光素子を被覆する高さまで、光散乱層を形成する光散乱層形成工程と、前記光散乱層を前記半導体発光素子の上面と同じ高さまで研磨する研磨工程を設けることによって、容易に半導体発光素子の上面と光散乱層の上面を同一高さに形成することができ、この同一高さ面上に均一な厚さの蛍光体層を形成することができる。
【００２５】
また、上記製造方法によれば、容易に１ビン化を達成しながら、発光効率の高いＬＥＤ発光装置を容易に量産することができる。
【発明の効果】
【００２６】
上記の如く、本発明のＬＥＤ発光装置は、側面だけに光散乱層を形成し、前記ＬＥＤと光散乱層の上面に蛍光体層を形成する。この結果ＬＥＤの上面からの発光と、ＬＥＤの側面から発光して光散乱層を通過した出射光がいずれも均一な厚さを有する蛍光体層を同じ光路長で通過していくため、１ビン化を容易に達成することができる。また、ＬＥＤからの発光は上面側からは直接、また側面側からは減衰の少ない光散乱層を通過して蛍光体層に入射していくため、発光から出射光までの減衰を極力抑えることができ、高い発光効率を得ることができる。さらに、塗布法を主体とする工程で容易に製造できる。
【００２７】
上記の如く本発明の製造方法によれば、ＬＥＤの側面側の発光を効率良く利用でき、容易に１ビン化を達成しながら、発光効率の高いＬＥＤ発光装置を容易に量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示すＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である
【図６】従来のＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である。
【図７】従来のＬＥＤ発光装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の要部断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図である。
【００３０】
（第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成説明）
以下本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図１においてＬＥＤ発光装置１０はＬＥＤ３が回路基板２上にバンプ電極３ａ、３ｂによりＦＣ実装されている。（回路基板２上の配線電極は図示を省略）そして回路基板２上に設けた反射枠４の内側において、ＬＥＤ３の側面側には光散乱樹脂が充填されて光散乱層７が形成されており、この光散乱層７の高さはＬＥＤ３の上面と同じ高さに形成されている。すなわち光散乱層７とＬＥＤ３によって形成せれる上面は同一面となっている。
さらに、光散乱層７とＬＥＤ３によって形成せれる同一面上には蛍光樹脂が所定の厚さＨとなるよう蛍光体層５ａを形成している。
【００３１】
次にＬＥＤ発光装置１０の動作について説明する。ＬＥＤ発光装置１０のＬＥＤ３からの発光のうち上面側からの発光は直接蛍光体層５ａを通過して放射光Ｐｏ１として出射され、またＬＥＤ３の側面側からの発光は光散乱層７の中を進行して後に、散乱作用によって上方に向かい蛍光体層５ａを通過して放射光Ｐｏ２として出射される。この動作において光散乱層７の内部ではほとんど光の減衰はなく、また通過する蛍光体層５ａの厚さが、すべての場所で同一の厚さＨであるため、出射光Ｐｏ１とＰｏ２は同じ色度及び光強度を有するため、ＬＥＤ発光装置１０の全面において１ビン化された光源となる。
【００３２】
上記構成によれば、ＬＥＤ３と同一厚さの光散乱層７と反射枠４とにより、ＬＥＤ３の側面側への発光がすべて出射光として有効に利用できるため、発光効率が極めてよく、また、形状的にも基板２とＬＥＤ３と蛍光体層５ａを加えた高さに納まるため、薄型の光源を構成することができる。
【００３３】
（第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の製造工程説明）
次に図２により、図１に示すＬＥＤ発光装置１０の製造方法を説明する。
図２の工程ＡはＬＥＤ実装工程であり、図示しない配線パタンを有する大判の回路基板２Ｌを用意し、各配線パタンにＬＥＤ３をＦＣ実装することにより所定の間隔に複数のＬＥＤ３を実装した集合体を構成する。工程Ｂは光散乱層形成工程であり、前記大判の回路基板２Ｌ上にＦＣ実装された複数のＬＥＤ３を被覆する高さまで、光散乱層７を形成する。工程Ｃは研磨工程であり、ＬＥＤ３を被覆する高さまで形成された光散乱層７をＬＥＤ３の上面と同じ高さまで研磨する。図Ｃの点線で示す部分が研磨された光散乱層７ａを示しており、この研磨工程によって、各ＬＥＤ３の上面と光散乱層７の上面が同一面を形成し、集合体の上面にフラット面が形成される。工程Ｄは蛍光体層形成工程であり、研磨工程によって形成された集合体の上面のフラット面上に蛍光樹脂５を一定の厚さに塗布し、蛍光体層５ａを形成する。工程Ｅは溝加工工程であり、積層された光散乱層７及び蛍光体層５ａに、所定の間隔で溝８を形成する。工程Ｆは反射枠形成工程であり、溝加工工程で設けられた溝８に反射性の樹脂を充填して反射枠４を形成する。工程Ｇは切断分離工程であり、前記反射枠４が両側に残る位置にて、積層された光散乱層７及び蛍光体層５ａを大判の回路基板２Ｌごと切断分離して複数のＬＥＤ発光装置１０を完成させる。このＬＥＤ発光装置１０は図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同じである。
【００３４】
上記ＬＥＤ発光装置１０の各構成の一例を示すと、ＬＥＤ３としてはサファイヤ基板上に発光層と透明電極を形成した構成で、発光波長が４４５ｎｍの青色ＬＥＤを用いている。そしてＬＥＤ３の光出射量は上方の出射面側から約５０％、側方面側から約５０％の出射が行われる。また光散乱層７としてはＳｉＯ２やアルミナ等の散乱粒子を混入したシリコーン樹脂を使用し、蛍光樹脂５としては厚さが概ね１００μmで、黄色系のＹＡＧや緑色系のＢＳＳや赤色系のＣＡＳＮ等の蛍光体を混入したシリコーン樹脂が用いられる。また回路基板２には反射性のよい基板材料を使用するか、または回路基板２上には反射性を良くする処理がおこなわれており、さらに、反射枠４としては酸化チタン等の反射性粒子をシリコーン樹脂に混入した反射性のよい白色系の樹脂を使用している。また、蛍光体層として蛍光樹脂層を例示したが、これに限定されるものではなく、ガラス質の無機インクに蛍光粒子を混入して焼成した蛍光体層も含まれることは当然である。
【００３５】
（第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成説明）
次に図３により、本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図３におけるＬＥＤ発光装置２０は、その基本構成は図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０が第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と異なる部分は、ＬＥＤ３と光散乱層７の上面に形成されたフラット面と蛍光体層５ａの間に透明樹脂層２１が設けられ、さらに蛍光体層５ａの上面にも透明樹脂層２２が形成されていることである。
【００３６】
上記透明樹脂層２１はＬＥＤ３と光散乱層７の保護を行うと同時に、ＬＥＤ３及び光散乱層７と蛍光体層５ａの間のギャップを調整している。また透明樹脂層２２は、蛍光体層５ａの上面の保護、すなわちＬＥＤ発光装置２０の上面を保護しているものである。
【００３７】
（第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の製造工程説明）
次に図４により、本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法を説明する。図４におけるＬＥＤ発光装置２０の製造工程は、その基本工程は図１に示すＬＥＤ発光装置１０と同じであり、同一工程には同一番号を付し、重複する説明を省略する。第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法において工程Ａ〜工程Ｃまでは第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の工程Ａ〜工程Ｃと同じである。
【００３８】
工程Ｄは第１透明樹脂層形成工程であり、ＬＥＤ３と光散乱層７の上面に形成されたフラット面上に透明樹脂層２１を形成する。工程Ｅは蛍光体層形成工程であり、透明樹脂層２１の上面に蛍光体層５ａを形成する。工程Ｆは第２透明樹脂層形成工程であり、蛍光体層５ａの上に透明樹脂層２２を形成する。工程Ｇ，Ｈ，Ｉは第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の工程Ｅ，Ｆ，Ｇと基本的に同じ工程であり、溝加工工程Ｇ、反射枠形成工程Ｈ、切断分離工程Ｉである。
【００３９】
ただし、第２実施形態における溝加工工程Ｇは、積層された第１の透明樹脂光層２１、第２の透明樹脂光層２２、光散乱層７及び蛍光体層５ａに、所定の間隔で溝８を形成する。反射枠形成工程Ｆは、溝加工工程Ｇで設けられた溝８に反射性の樹脂を充填して反射枠４を形成する。切断分離工程Ｉは、前記反射枠４が両側に残る位置にて、積層された第１の透明樹脂光層２１、第２の透明樹脂光層２２、光散乱層７及び蛍光体層５ａを大判の回路基板２Ｌごと切断分離して複数のＬＥＤ発光装置２０を完成させる。このＬＥＤ発光装置２０は図３に示すＬＥＤ発光装置２０と同じである。
【００４０】
（第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成説明）
次に図５により、本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図５におけるＬＥＤ発光装置３０は、ＬＥＤ３を回路基板２の上に逆向きに実装し、回路基板２上の配線（図示を省略）にワイヤー３３ａ、３３ｂ、にてワイヤーボンディングされている。ＬＥＤ発光装置３０においてはＬＥＤ発光装置２０と同様に回路基板２上にＬＥＤ３と光散乱層７がフラット面を形成し、このフラット面上には透明樹脂層２１と蛍光体層５ａが積層されており、透明樹脂層２１がワイヤー３３ａ，３３ｂの位置及び変形を保護している。従ってこのＬＥＤ発光装置３０においてはＬＥＤ発光装置２０と同様に光源としての放射光Ｐｏ１，Ｐｏ２が同様な色度及び発光強度にて出射される。なお、光散乱層７及び透明樹脂層２１はディスペンサで塗布する。とくに光散乱層７は精度良く塗布する。
【符号の説明】
【００４１】
２，１０２                      回路基板
３，１０３，２０３              ＬＥＤ
３ａ，３ｂ，１０３ａ，１０３ｂ  バンプ電極
４，１０４                      反射枠
１０５，２０５                  蛍光樹脂
５ａ                            蛍光体層
７                              光拡散層
８                              溝
１０，２０，３０，１００，２００        ＬＥＤ発光装置
３３ａ，３３ｂ，２０３ａ，２０３ｂ      ワイヤー  
２０２ａ                        マウントリード
２０２ｂ                        インナーリード
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐｓ，Ｐｏ１，Ｐｏ２  放射光
【図１】
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【図２】
2012069577.tif 000004
【図３】
2012069577.tif 000005
【図４】
2012069577.tif 000006
【図５】
2012069577.tif 000007
【図６】
2012069577.tif 000008
【図７】
2012069577.tif 000009