(57)【要約】【課題】発光効率が良い構造であっても高温で特性の劣化する蛍光体を使用できる半導体発光装置を提供する。【解決手段】透明な透光性部材１７によりＬＥＤダイ１６をドーム状に被覆する。また回路基板１３の周辺部には透光性部材１７を囲む反射枠１２があり、蛍光板１１が反射枠１２に支えられるようにして透光性部材１７の上部を覆う。ドーム状の透光性部材１７と反射枠１２により高い発光効率を維持しながらも、直接的にＬＥＤダイ１６の熱が蛍光板１１に伝わらないので蛍光体の温度上昇が少なくて済む。【選択図】図２
2013175527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子を被覆する透光性部材と、前記半導体発光素子の発光を波長変換する蛍光体とを備える半導体発光装置において、
前記透光性部材が透明であり、前記半導体発光素子をドーム状に被覆し、
前記透光性部材を囲む反射枠と、前記蛍光体を含み前記透光性部材の上部を覆う蛍光板とを備えることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記蛍光板が前記反射枠により支持されてい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】
前記反射枠に囲まれる領域に複数の半導体発光素子が存在し、前記各半導体発光素子が個別に前記透光性部材によりドーム状に被覆されてい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】
ドーム状に被覆する透光性部材同士が分離していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子から出射した光を蛍光体により波長変換する半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハーから切り出された半導体発光素子（以後とくに断らない限りＬＥＤダイと呼ぶ）をリードフレームや回路基板に実装し、樹脂やガラス等の透光性部材で被覆して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）が普及している。このＬＥＤ装置は用途に応じて様々な形態をとるが、発光効率を向上させるため、ＬＥＤダイを被覆する透光性部材の外形を砲弾型にしたりドーム状にしたりすることがある。
【０００３】
例えば特許文献１の図１には樹脂３００（透光性部材）の外形をドーム状にした照明光源（ＬＥＤ装置）が示されている。特許文献１の図１を図５に再掲示し説明する。図５は従来のＬＥＤ装置（照明光源）の断面構造の一部を示す断面図である。図５の照明光源（ＬＥＤ装置）は、基板１００と、この基板１００に実装される半導体発光素子２００（ＬＥＤダイ）と、半導体発光素子２００の領域に設けられる樹脂３００より構成されている。基板１００は金属ベース１００ａ上面を絶縁層１００ｂで覆ったもので、窪みＣａｖを有する。この窪みＣａｖの底部には半導体発光素子２００がダイボンディングされ、半導体発光素子２００はワイヤＷにより配線パターン導体１００ｃと接続している。この照明光源（ＬＥＤ装置）において樹脂３００は、半導体発光素子２００からの青色系の光を吸収して黄色系の光を発する蛍光体を分散保持している。
【０００４】
特許文献１には明示されていないが、ＬＥＤダイを透光性部材でドーム状に被覆すると、透光性部材と空気との界面における全反射が起きにくくなるため発光効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４８５１４号公報  （図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の図１に示されたＬＥＤ装置（照明光源）では蛍光体が樹脂３００に分散保持されている。すなわち蛍光体は、ＬＥＤダイ（半導体発光素子２００）に隣接しているので、ＬＥＤダイが発光するとその発熱で蛍光体も高温になる。ところが蛍光体の中には、常温では波長変換効率など特性が優れていても、温度上昇とともにその特性を劣化させるものがある。この結果、ＬＥＤダイを透光性部材でドーム状に被覆して発光効率を高めようとするとき、その透光性部材に蛍光体を分散保持させると、ＬＥＤ装置の点灯時に蛍光体が高温になるため使用できる蛍光体が制限されてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光効率がよい構造であっても常温で特性が良く高温で特性が劣化するような蛍光体が使用可能となる半導体発光装置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】
【０００８】
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被覆する透光性部材と、前記半導体発光素子の発光を波長変換する蛍光体とを備える半導体発光装置において、
前記透光性部材が透明であり、前記半導体発光素子をドーム状に被覆し、
前記透光性部材を囲む反射枠と、前記蛍光体を含み前記透光性部材の上部を覆う蛍光板とを備えることを特徴とする。
【０００９】
半導体発光素子を透光性部材によりドーム状に被覆すると、透光性部材と空気との界面が外側に向かって凸になるよう湾曲しているため、半導体発光素子から出射し透光性部材に入射した光はこの空気との界面で全反射しづらくなる。この結果、透光性部材からの光の出射効率が高くなる。さらに透光性部材から出射した光のうち半導体発光装置の周辺部に達した光は反射枠によって反射する。すなわち吸収等の損失を除けば反射枠によって反射した光を含む全ての光が半導体発光装置の上方に向かい蛍光板に入射する。この光のうちの一部分が波長変換され、半導体発光装置は白色など半導体発光素子の発光色とは異なった色で発光する。このとき発光にともない高温になった半導体発光素子と、蛍光板とは隣接していないため、この蛍光板に含まれる蛍光体は温度上昇が少なくて済む。
【００１０】
前記蛍光板が前記反射枠により支持されていても良い。
【００１１】
前記反射枠に囲まれる領域に複数の半導体発光素子が存在し、前記各半導体発光素子が個別に前記透光性部材によりドーム状に被覆されていても良い。
【００１２】
ドーム状に被覆する透光性部材同士が分離していても良い。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子をドーム状に被覆したこと、及び反射枠により側方に向かおうとする光を上方に向けたことにより光の取り出し効率を向上させるとともに、上方に配置した蛍光板で波長変換している。この蛍光板は半導体発光素子と接していないため高温にならない。この結果、本発明の半導体発光装置は、発光効率がよい構造でありながら、常温で特性が良く高温で特性の劣化する蛍光体も使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ装置の外形図。
【図２】図１に示したＬＥＤ装置の断面図。
【図３】図１に示したＬＥＤ装置から蛍光板を除去した状態の平面図。
【図４】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ装置の断面図。
【図５】従来のＬＥＤ装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。なお図面の説明において、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）
【００１６】
図１〜３により本発明の第１実施形態のＬＥＤ装置１０（半導体発光装置）を説明する。まず図１によりＬＥＤ装置１０の外形を説明する。図１はＬＥＤ装置１０の外形図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が底面図である。ＬＥＤ装置１０を上部から眺めると長方形の蛍光板１１が見える（ａ）。ＬＥＤ装置１０を正面から眺めると蛍光板１１の下に反射枠１２が見え、さらに反射枠１２の下に回路基板１３が見える（ｂ）。ＬＥＤ装置１０を底面側から眺めると、回路基板１３の内側に外部接続電極１４，１５が見える（ｃ）。
【００１７】
図２と図３によりＬＥＤ装置１０の内部構造を説明する。図２は図１（ａ）に示したＡＡ線に沿って描いたＬＥＤ装置１０の断面図である。回路基板１３の周辺部には反射枠１２が設置されている。また回路基板１３の上面であって反射枠１２の内側の領域には、３個のＬＥＤダイ１６（半導体発光素子）が実装され、各ＬＥＤダイ１６は、上面及び側面を半球状の透光性部材１７で被覆されている。このとき透光性部材１７はドーム状の部分毎に分離しており、各透光性部材１７は一個のＬＥＤダイ１６を被覆している。透光性部材１７の上部には空気層を介して蛍光板１１が存在し、この蛍光板１１は接着した状態で反射枠１２により支持されている。
【００１８】
図３は図１（ａ）においてＬＥＤ装置１０から蛍光板１１を除去した状態の平面図である。矩形の反射枠１２の内側の領域に回路基板１３の上面が見える。また反射枠１２の内側の領域には６個のＬＥＤダイ１６が実装され、各ＬＥＤダイ１６は上部からは略円形に見えるドーム状の透光性部材１７の底部にある。
【００１９】
回路基板１３はいわゆる両面基板であり、上面に実装用の電極（図示せず）や配線（図示せず）を備え、下面に外部接続電極１４，１５（図１（ｃ）参照）が形成されている。なお実装用の電極や配線と外部接続電極１４，１５はスルーホール（図示せず）で接続する。反射枠１２はシリコーン樹脂に酸化チタンやアルミナなどの反射性微粒子を混練し硬化させたものであり、幅を２００〜３００μｍ、高さを６００〜８００μｍ程度にする。
【００２０】
ＬＥＤダイ１６は発光ダイオードであり、厚さが８０〜１２０μｍ程度となるサファイア基板等の透明基板上に形成した半導体層と、その半導体層上にアノード電極及びカソード電極とを備えている。ＬＥＤダイ１６の実装方式は、アノード電極及びカソード電極を回路基板１３の上面に形成した電極と直接的に接続するフェイスダウン実装（フリップチップ実装ともいう）でも良いし、サファイア基板を回路基板１３にダイボンディングし、アノード電極及びカソード電極をワイヤにより回路基板１３の上面に形成した電極と接続するフェイスアップ実装でも良い。
【００２１】
透光性部材１７は透明なシリコーン樹脂であり、金型で成型しエッチングで透光性部材１７同士を分離する。また透光性部材１７の底面と接する回路基板１３上面領域におけるシリコーン樹脂との親和性を高め、その周辺領域の親和力を低めた状態で、シリコーン樹脂をポッティングし、シリコーン樹脂の表面張力を利用して透光性部材１７の形状を制御しても良い。
【００２２】
なお、ドーム状に形成した各透光性部材１７がＬＥＤダイ１６を一個ずつ被覆しているため、ドームが小さくて済むようになっており、ＬＥＤ装置１０の薄型化に寄与している。つまりＬＥＤ装置１０を明るくするため複数のＬＥＤダイ１６を搭載しても、ＬＥＤダイ１６ごとに透光性部材１７からなるドームを形成するのでドームが小型化する。
【００２３】
またＬＥＤダイ１６がフリップチップ実装している場合、ＬＥＤダイ１６から透光性部材１７に入射するほとんどの光は、ＬＥＤダイ１６に含まれる透明基板を通過してくる。この際、透光性部材１７の屈折率（１．４〜１．５前後であることが多い）が透明基板の屈折率（サファイアの場合は１．７程度）と空気の屈折率の間の値であるため、透明基板から直接空気中に光を出射するときより、透光性部材１７部材を介して空気中に光を出射するときの方が光を引き出す効率が高くなる。
【００２４】
蛍光板１１は蛍光体を混練し硬化させたシリコーン樹脂であり、厚さは１００μｍ程度である。蛍光板１１が、ＬＥＤダイから離れているため、ＬＥＤダイ１６が発する熱の影響を受けにくいばかりでなく、グレア（眩しさ）や方位角による色ムラも低減している。
【００２５】
次にＬＥＤ装置１０の放射光について説明する。ＬＥＤダイ１６から透光性部材１７に入射した光は、ドーム状の透光性部材１７が外側に向かって凸になるよう湾曲しているので、透光性部材１７と空気との界面に達したとき全反射しづらくなり、透光性部材１７から効率よく出射する。透光性部材１７から出射した光のうちＬＥＤ装置１０の周辺部に達した光は反射枠１２によって様々な方向に反射する。吸収等の損失を除けば、この反射光は直接的に上方に向かったり、回路基板１３の表面で反射したりして、最終的にＬＥＤ装置１０の上方に向かう。そしてこの光、及び透光性部材１７から直接上方に向かう光、その他透光性部材１７から出射し反射枠以外の部材で反射して上方に向かう光が、透光性部材１７の上部に配置した蛍光板１１に入射する。
【００２６】
蛍光板１１に入射した光のうち一部分又は全部が蛍光板１１中の蛍光体により波長変換される。この結果、ＬＥＤ装置１０は白色などＬＥＤダイ１６の発光色とは異なった色で発光する。なお前述のように発光にともなってＬＥＤダイ１６が高温になっているが、蛍光板１１はＬＥＤダイ１６と分離しているため温度上昇を小さくできる。この結果、常温で特性が良く、高温時に特性が著しく劣化する珪酸塩系の蛍光体が使えるようになる。
（第２実施形態）
【００２７】
第１実施形態として示したＬＥＤ装置１０は、それぞれのＬＥＤダイ１６をドーム状に被覆する透光性部材１７が分離していた。これに対しＬＥＤダイをドーム状に被覆していても、隣接するドーム状の部分（以下ドーム部と呼ぶ）同士が底部で接続している場合がある。そこで本発明の第２実施形態として図４により隣接するドーム部１８の底部が接続したＬＥＤ装置４０を説明する。
【００２８】
図４はＬＥＤ装置４０の断面図である。図４と第１実施形態のＬＥＤ装置１０の説明に用いた図２と違いは、図４において透光性部材２０のドーム部１８同士が底部で接続部１９により接続していることのみである。金型で透光性部材２０を形成する場合、小さな距離でドーム部１８が隣接しているため底部を接続しておくと製造し易くなる。なお接続部１９が存在すると、接続部１９が導光体となり、接続部１９に侵入した光が出射しづらくなることを確認している。発光効率を追求する場合はＬＥＤ装置１０のように透光性部材１７を分離したほうが良い（図２参照）。
【００２９】
第１，２実施形態におけるＬＥＤ装置１０，４０では、透光性部材１７，２０と蛍光板１１とが空気を挟んだ状態で分離していた。透光性部材と蛍光板とを分離させ蛍光板の温度を上昇させないようにしながら発光効率を良くしておくためには、透光性部材と蛍光板の間に介在させる物質は空気に限られない。例えばこの物質は、透光性部材より屈折率が小さく透明で熱伝導率の低い樹脂であっても良い。このような樹脂をドーム状の透光性部材を覆うように塗布又は充填した場合、この樹脂上に蛍光板を貼り付けても良いし、この樹脂上に蛍光体を含有した蛍光樹脂を塗布して硬化させることで蛍光板を形成しても良い。また回路基板１３の代わりにリードフレームを使用してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０，４０…ＬＥＤ装置（半導体発光装置）、
１１…蛍光板、
１２…反射枠、
１３…回路基板、
１４，１５…外部接続電極、
１６…ＬＥＤダイ（半導体発光素子）、
１７，２０…透光性部材、
１８…ドーム部、
１９…接続部。
【図１】
2013175527.tif 000003
【図２】
2013175527.tif 000004
【図３】
2013175527.tif 000005
【図４】
2013175527.tif 000006
【図５】
2013175527.tif 000007