JP2013115088A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板上に実装した半導体発光素子を透光性部材により被覆し、その上部に反射部材を備えた半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device in which a semiconductor light emitting element mounted on a circuit board is covered with a translucent member and a reflective member is provided on the upper part.
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装置をマザー基板に配列し平面型の照明装置を構成する場合、LED装置が照明装置の前方に向かって強い指向性を持つため、レンズ等を使ってLED装置の放射光を広げようとすることがある。しかしながらLED装置とレンズを積層すると照明装置が厚くなってしまう。 A semiconductor light emitting device cut from a wafer (hereinafter referred to as an LED die unless otherwise specified) is mounted on a circuit board and covered with a light-transmitting member such as resin or glass and packaged (hereinafter not particularly specified). As long as it is called an LED device). When this LED device is arranged on a mother board to form a flat illumination device, the LED device has a strong directivity toward the front of the illumination device, so it is intended to spread the emitted light of the LED device using a lens or the like. There are things to do. However, when the LED device and the lens are stacked, the lighting device becomes thick.
これに対し照明装置の側方にだけ光を放射するLED装置をマザー基板に実装し、このLED装置と隣接するように反射体や導光板などの光学部材を配置し照明装置を薄型化することがある。この照明装置は、LED装置内において照明装置の前方に向かおうとする光線をLED装置の上部に配置した反射部材により照明装置の側方側に向かわせ、LED装置の側方から出射する光を光学部材により照明装置の前方に向けるものである。このようにすると広い面積で均一な発光面を確保できるとともに、光学部材をLED装置と積層していないため薄型化が達成できる。またレンズを使用しないことにより部材の費用を抑えることができる。 On the other hand, an LED device that emits light only to the side of the lighting device is mounted on the mother board, and an optical member such as a reflector or a light guide plate is disposed adjacent to the LED device to make the lighting device thinner. There is. In this lighting device, a light beam directed to the front of the lighting device in the LED device is directed to the side of the lighting device by a reflecting member arranged at the top of the LED device, and light emitted from the side of the LED device is emitted. The optical member is directed to the front of the lighting device. In this way, a uniform light-emitting surface can be ensured over a wide area, and a reduction in thickness can be achieved because the optical member is not laminated with the LED device. Moreover, the cost of a member can be held down by not using a lens.
この照明装置に使用されるLED装置は例えば特許文献1の図1に示されている。特許文献1の図1で示されている発光ダイオード10(LED装置)は、絶縁基板1(回路基板)上にLEDチップ2(LEDダイ)を固定し、そのLEDチップ2を透光性樹脂層3により封止している。さらに透光性樹脂層3の上部には遮光層7を備えている。この遮光層7は段落0046に記載されているように高い反射率が要請されている。
An LED device used in this lighting device is shown in FIG. In the light emitting diode 10 (LED device) shown in FIG. 1 of Patent Document 1, an LED chip 2 (LED die) is fixed on an insulating substrate 1 (circuit board), and the
特許文献1に示されたLED装置(発光ダイオード10)はLEDダイ(LEDチップ2)の発光がそのまま側面から出射するので白色光が得られない。白色光を得るためには多くのLED装置と同様にLEDダイを青色又は近紫外光で発光させ、蛍光体を含有した被覆部材でLEDダイを被覆すれば良い。特許文献1に示されるLED装置(発光ダイオード10)の場合なら、LEDダイ(LEDチップ2)を被覆している被覆部材(透光性樹脂3)に蛍光体を含有させることになる。しかしながら側面から光を放射するLED装置は、側面に配置する光学系によって出射面の高さを変更することがある。このときLED装置の出射光に対し一定の色度を維持するためには、被覆部材の厚さが変わるたびに蛍光体の含有量を調整し直さなくてはならず、色度管理が煩雑になってしまう。 In the LED device (light emitting diode 10) shown in Patent Document 1, the light emitted from the LED die (LED chip 2) is emitted from the side face as it is, so that white light cannot be obtained. In order to obtain white light, as in many LED devices, the LED die may be made to emit light with blue or near ultraviolet light, and the LED die may be covered with a covering member containing a phosphor. In the case of the LED device (light emitting diode 10) disclosed in Patent Document 1, the phosphor is contained in the covering member (translucent resin 3) covering the LED die (LED chip 2). However, the LED device that emits light from the side surface may change the height of the exit surface by an optical system disposed on the side surface. At this time, in order to maintain a constant chromaticity with respect to the light emitted from the LED device, the phosphor content must be readjusted every time the thickness of the covering member changes, and the chromaticity management is complicated. turn into.
そこで本発明は、この課題を解決するため、上部に反射部材を備え側面から光を放射する半導体発光装置において、色度を容易に管理できる半導体発光装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide a semiconductor light-emitting device that can easily manage chromaticity in a semiconductor light-emitting device that includes a reflection member at the top and emits light from a side surface.
上記課題を解決するため本発明の半導体発光装置は、回路基板上に実装した半導体発素子を透光性部材で被覆し、上部に反射部材を備える半導体発光装置において、
前記半導体発光素子を蛍光体層が覆い、
該蛍光体層を透明層が覆い、
該透明層に前記反射部材が接している
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a semiconductor light-emitting device of the present invention is a semiconductor light-emitting device in which a semiconductor light-emitting element mounted on a circuit board is covered with a light-transmitting member, and a reflective member is provided on the top.
A phosphor layer covers the semiconductor light emitting device,
A transparent layer covers the phosphor layer,
The reflective member is in contact with the transparent layer.
本発明の半導体発光装置は、回路基板上に実装した半導体発光素子を所定の厚みを持った蛍光体層で被覆している。この半導体発光装置の色度は実用的な精度において半導体発光素子の発光スペクトルと蛍光体層の蛍光物質の濃度及び厚みで決まる。蛍光体層を覆う透明層は、半導体発光装置の厚みを調整しながら光の伝播経路を確保し、側面から出射する光量を所定の水準以上に保っている。 In the semiconductor light emitting device of the present invention, a semiconductor light emitting element mounted on a circuit board is covered with a phosphor layer having a predetermined thickness. The chromaticity of this semiconductor light emitting device is determined by the emission spectrum of the semiconductor light emitting element and the concentration and thickness of the fluorescent substance in the phosphor layer with practical accuracy. The transparent layer covering the phosphor layer ensures a light propagation path while adjusting the thickness of the semiconductor light emitting device, and keeps the amount of light emitted from the side surface at a predetermined level or more.
前記透明層の上部に凹部があっても良い。 A concave portion may be formed on the transparent layer.
前記凹部の上部の輪郭が円又は長円であり、前記凹部が前記半導体発光素子の発する光を四つの側面の方向に反射しても良い。 The outline of the upper part of the concave part may be a circle or an ellipse, and the concave part may reflect light emitted from the semiconductor light emitting element in the directions of four side surfaces.
前記透明層の上部が平坦であっても良い。 The upper part of the transparent layer may be flat.
前記凹部が溝状であり、溝と直交する面が反射面となっていても良い。 The concave portion may have a groove shape, and a surface orthogonal to the groove may be a reflective surface.
以上のように本発明の半導体発光装置は、上部に備えられた反射部材により側面から光を出射する際、半導体発光素子から発した光が半導体発光素子の周囲を覆う蛍光体層で色度を決められ、この色度を保ったまま透明層を伝わって側方に出射する。また出射面の高さを変更しても蛍光体層の厚さが一定であるから色度を一定に保つことができる。これらの結果、色度が容易に管理できる。 As described above, in the semiconductor light emitting device of the present invention, when light is emitted from the side surface by the reflecting member provided at the upper part, the light emitted from the semiconductor light emitting element has chromaticity by the phosphor layer covering the periphery of the semiconductor light emitting element. The chromaticity is maintained and the light is emitted to the side through the transparent layer. Even if the height of the emission surface is changed, the chromaticity can be kept constant because the thickness of the phosphor layer is constant. As a result, the chromaticity can be easily managed.
以下、添付図1〜10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)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. For the sake of explanation, the scale of the members is changed as appropriate. Furthermore, the relationship with the invention specific matter described in the claims is described in parentheses.
(First embodiment)
図1により本発明の第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反射部材11のみが見える(a)。LED装置10を正面から眺めると反射部材11から下に向かって、透明層12、回路基板13、及び外部接続電極14,15が見える(b)。LED装置10を底面側から眺めると回路基板13が占める領域の内側に外部接続電極14,15が見える(c)。
The outer shape of the LED device 10 (semiconductor light emitting device) in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an outline view of the
図2においてLED装置10内部構造を説明する。図2は、図1(c)のAA線に沿って描いたLED装置10の断面図である。LEDダイ20は、サファイア基板21、n型半導体層22、p型半導体層23、絶縁膜24、並びにp側電極25及びn側電極26からなる。サファイア基板21の下にはn型半導体層22が形成され、さらにn型半導体層22の下にp型半導体層23が形成されている。絶縁膜24は、二つの開口部を除きn型半導体層22及びp型半導体層23を被覆しており、それぞれの開口部でp型半導体層23とp側電極25並びにn型半導体層22とn側電極26が接続している。
The internal structure of the
回路基板13は上面に内部接続電極14a,15aが形成されており、内部接続電極14a,15aはスルーホール電極14b,15bを介して外部接続電極14,15と接続している。LEDダイ20のp側及びn側の電極25,26はそれぞれ内部接続電極14a,15aと接続している。LEDダイ20は蛍光体層16で覆われており、蛍光体層16は透明層12で覆われている。透明層12の上部に反射部材11がある。
The
サファイア基板21は透明絶縁基板であり厚さが80〜120μmである。n型半導体層22はGaNバッファ層とn型GaN層からなり厚さが5μm程度である。p型半導体層23は、反射層や原子拡散防止層などを含む金属多層膜とp型GaN層からなり厚みが1μm程度である。図示していないが発光層はp型半導体層23とn型半導体層22の境界部にあり、平面形状はp型半導体層23とほぼ等しい。絶縁膜24はSiO2やポリイミドからなり厚さが数100nm〜1μm程度である。p側電極25並びにn側電極26はAu又はCuをコアとするバンプであり、電解メッキ法で形成し厚さが10〜30μm程度である。
The
回路基板13は、厚さが数10μmから数100μmであり、その材料は熱伝導率や反射率等を考慮し、樹脂、セラミック、金属などから選ぶ。外部接続電極14,15および内部接続電極14a,15aは、厚さが数μmから数10μmであり、Ni及びAuメッキした銅箔である。スルーホール電極14b、15bは直径が100〜300μm程度で内部に金属を充填している。p側及びn側の電極25,26と内部接続電極14a,15aは、LED装置10をマザー基板に実装する際の半田リフローで融解しないようにするためAu−Sn共晶で接続する。
The
蛍光体層16はシリコーン樹脂に蛍光粒子を混練した蛍光樹脂を硬化させたものであり、厚さは100μm程度である。蛍光体層16をLEDダイ20の周辺部だけに形成する手法として、例えばLEDダイ20から100μmほど離れた位置にダム材を設け、スキージにより硬化前の蛍光樹脂でLEDダイ20を埋め、蛍光樹脂を硬化させたらダム材を除去するものがある。透明層12はシリコーン樹脂であり、回路基板13から透明層12の上部まで400μmから600μm程度にすることが多い。反射部材11はシリコーン樹脂に酸化チタン等の反射性微粒子を混練し硬化させたもので厚さが50〜100μm程度である。また反射部材11は金属膜であっても良い。
The
次に図3によりLED装置10の出射光について説明する。図3はLED装置10の出射光の説明図であり、図2の断面図に光線L1〜L4を書き加えたものである。本図では、LEDダイ20の発光層からLED装置10の側面を通り外部に出射する光のうち代表
的なものを描いた。例えば光線L1は、n型半導体層22とp型半導体層23の境界部にある発光層(図示していない)から発し、サファイア基板21及び蛍光体層16を抜け、透明層12を通り反射部材11で反射しLED装置10の側面から外部に出射する。このとき界面で起こる反射や屈折、蛍光体層16で起こる吸収及び蛍光体層16の発光については無視している。なお蛍光体層16の発光は等方的であり、その強度は概ね発光層の発光強度に比例する。なお発光層から発しLED装置10の側面から出射する光と、蛍光体層から発しLED装置10の側面から出射する光とを合成したものがLED装置の発光となる。
Next, the emitted light of the
光線L2は、発光層から発し、サファイア基板21、蛍光体層16及び透明層12を抜けLED装置10の側面から出射する。光線L3は発光層から発し、下側に向かった光が内部接続電極14aで反射しLED装置10の側面から出射する。光線L4は発光層から発し、サファイア基板21、蛍光体層16及び透明層12を通り、反射部材11と回路基板13で反射し側面から出射する。このようにしてLED装置10は四つの側面から光を出射する。このときLED装置10の四つの側面に導光板若しくは反射部材を隣接配置することにより薄い平面型の照明装置を構成することができる。
The light beam L2 is emitted from the light emitting layer, passes through the
以上のように発光層から発しLED装置10の側面から出射する光のうち多くのものは蛍光体層16を一回だけ通る。蛍光体層16は蛍光粒子の粒径や濃度から厚さを100μm程度に設定する。また蛍光体層16はその発光が発光層の発光強度に比例する範囲で使われることから、発光層の発光スペクトルが決まっていれば、所定の厚さに設定した蛍光体層16によりLED装置10の発光の色度が決まる。透明層12はLED装置10の高さを調整するとともに、光線L1〜L4等の伝播経路となっている。この伝播経路が狭いと出射効率が悪くなる傾向にある。なおLEDダイ20の直上に向かう光などの影響で、透明層12の厚みによって多少色度が変化するが、厳密に色度を管理したい場合は蛍光体層16の上部の厚さを削って調整すると良い。
(第2実施形態)
As described above, most of the light emitted from the light emitting layer and emitted from the side surface of the
(Second Embodiment)
図1〜3に示したLED装置10において、LEDダイ20の直上方向に出射した光は、たとえ反射部材11で拡散的に反射されるとしても、多くの成分がLED素子20側に戻ってしまうためLED装置10の側面から効率よく出射できるとはいえない。そこで本発明の第2実施形態として図4〜6によりLEDダイ20の直上方向に向かう光を有効に側方に出射できるLED装置40を説明する。
In the
図4によりLED装置40内部構造を説明する。図4はLED装置40の断面図である。なおLED装置40の外形は図1で示したLED装置10の外形と同じものとなるので図示を略した。図4はLED装置40において図1(c)のAA線に相当する切断線に沿った断面を示している。図4に示したLED装置40の断面と図2に示したLED装置10の断面との差異は、LED装置40において透明層42が窪み43(凹部)を有し、そこに反射部材41の一部が入り込んでいることだけである。この窪み43はLEDダイ20の上部に存在し、下に凸な曲面になっている。この窪み43は金型やサンドブラスト法で形成する。
The internal structure of the
次に図5により窪み43を上面から眺めた様子を説明する。図5はLED装置40において反射部材41を除去した状態の平面図である。透明層42の上面には開口部が長円である窪み43がある。図中、LEDダイ20(図4等参照)の外延を示すためサファイア基板21の外延を点線で示している。窪み43の開口部(上部の輪郭)が円若しくは長円であると、マスクを使ったサンドブラスト法により窪み43を形成する際、その底部を曲面にできる。
Next, a state where the
次に図6によりLED装置40の出射光について説明する。図6はLED装置40の出射光の説明図であり、図4の断面図に光線L5,L6を書き加えたものである。本図は、LEDダイ20の発光層からLEDダイ20の直上方向に向かう光線について図3と同様に描いたものである。光線L5,L6は、n型半導体層22とp型半導体層23の境界部にある発光層(図示していない)から発し、サファイア基板21及び蛍光体層16を抜け、透明層42を通り、窪み43に入りこんだ反射部材41で反射しLED装置40の側面から外部に出射する。このとき界面で起こる反射や屈折、蛍光体層16で起こる吸収及び蛍光体層16の発光、並びに図3で示した光線L1〜L4と同等の光線については図示していない。またLED装置10と同様にLED40は、四つの側面から光を出射する。このときLED装置40の四つの側面に導光板若しくは反射部材を隣接配置することにより薄い平面型の照明装置を構成することができる。
(第3実施形態)
Next, light emitted from the
(Third embodiment)
第1及び第2実施形態におけるLED装置10,40は、四つの側面から光を出射していた。このようなLED装置10,40は四つの側面に導光板若しくは反射部材を隣接させて平面型の照明装置を構成するのに適している。これに対しLED装置が一列に配列した線状の照明装置も存在する。この線状の照明装置に適した光源として図7〜10により本発明の第3実施形態におけるLED装置70を説明する。
The
図7によりLED装置70(半導体発光装置)の外形を説明する。図7はLED装置70の外形図であり、(a)が正面図、(b)が左側面図である。LED装置70の上面及び底面は、図1(a)及び(c)と同じものになるので図示していない。LED装置70を正面から眺めると反射部材71の下に側面反射部材75があり、さらにその下に回路基板13と外部接続電極14,15が見える。なお反射部材71と側面反射部材75(及び(b)で後述する側面反射部材74)は、ともにシリコーン樹脂に酸化チタン等の反射性微粒子を混練して硬化させたものであり、一体的に形成されるため図にあるような境界線は存在しないが、説明のため反射部材71と側面反射部材74,75を別体としている(以下同様)。なお側面反射部材74,75を樹脂、反射部材71を金属とするような場合は境界線が現れる。LED装置70を左から眺めると、反射部材71、側面反射部材74,75並びに回路基板13により囲まれた透明層72が見える(b)。回路基板13の下には外部接続電極14がある。
The outer shape of the LED device 70 (semiconductor light emitting device) will be described with reference to FIG. 7A and 7B are external views of the
図8によりLED装置70の内部構造を説明する。図8はLED装置70の断面図である。なお図8はLED装置70において図1(c)のAA線に相当する切断線に沿った断面を示している。図8に示したLED装置70の断面と図2に示したLED装置10の断面との差異は、LED装置70において透明層72が三角形の窪み73(凹部)を有し、そこに反射部材71の一部が入り込んでいることだけである。この窪み73はLEDダイ20の上部に存在する。この窪み73は、第2実施形態のLED装置40で示した窪み43と異なり紙面の表裏方向に延びる溝であり、金型や研削で形成する。以上のようにLED装置70は、窪み73(凹部)が溝状であり、図7(b)を参照するとこの溝と直交する面が反射面となっている。
The internal structure of the
次に図9により窪み73を上面から眺めた様子を説明する。図9はLED装置70において反射部材71を除去した状態の平面図である。透明層72の上面には図の上下に延びる3本の線分により窪み73が示されている。図中、LEDダイ20(図4等参照)の外延を示すためサファイア基板21の外延を点線で示している。なお窪み73を示す線とサファイア基板21の外延を示す点線が重ならないようにサファイア基板21の左右方向を縮めている。図の上下には透明層72を挟むようにして側面反射部材74,75が存在する。
Next, a state where the
次に図10によりLED装置70の出射光について説明する。図10はLED装置70の出射光の説明図であり、図8の断面図に光線L7,L8を書き加えたものである。本図は、LEDダイ20の発光層からLEDダイ20の直上方向に向かう光線について図3と同様に描いたものである。光線L7,L8は、n型半導体層22とp型半導体層23の境界部にある発光層(図示していない)から発し、サファイア基板21及び蛍光体層16を抜け、透明層72に入射を通り、窪み73に入りこんだ反射部材71で反射しLED装置70の側面から外部に出射する。このとき界面で起こる反射や屈折、蛍光体層16で起こる吸収及び蛍光体層16の発光、並びに図3で示した光線L1〜L4については図示していない。第2実施形態のLED装置40と異なり、LED装置70は側面反射部材74,75(図7,9参照)があるため図の表裏方向への出射光はない。この結果、側面反射部材74,75が隣接するように多数のLED装置70を配列し、光が出射する側面と隣接するようにして導光板や反射板を配置することにより、薄型で線状の照明装置が構成できる。
Next, light emitted from the
10,40,70…LED装置(半導体発光装置)、
11,41,71…反射部材、
12,42,72…透明層、
13…回路基板、
14,15…外部接続電極、
14a,15a…内部接続電極、
14b,15b…スルーホール電極、
16…蛍光体層、
20…LEDダイ(半導体発光素子)、
21…サファイア基板、
22…n型半導体層、
23…p型半導体層、
24…絶縁膜、
25…p側電極、
26…n側電極、
43,73…窪み(凹部)、
74,75…側面反射部材、
L1〜L8…光線。
10, 40, 70 ... LED device (semiconductor light emitting device),
11, 41, 71 ... reflective member,
12, 42, 72 ... transparent layer,
13 ... Circuit board,
14, 15 ... external connection electrodes,
14a, 15a ... internal connection electrodes,
14b, 15b ... through-hole electrodes,
16 ... phosphor layer,
20 ... LED die (semiconductor light emitting element),
21 ... sapphire substrate,
22 ... n-type semiconductor layer,
23 ... p-type semiconductor layer,
24. Insulating film,
25 ... p-side electrode,
26 ... n-side electrode,
43, 73 ... depression (recess),
74, 75 ... side reflecting members,
L1 to L8 ... rays.
Claims (5)
前記半導体発光素子を蛍光体層が覆い、
該蛍光体層を透明層が覆い、
該透明層に前記反射部材が接している
ことを特徴とする半導体発光装置。 In a semiconductor light emitting device that covers a semiconductor light emitting element mounted on a circuit board with a translucent member and includes a reflective member on the top,
A phosphor layer covers the semiconductor light emitting device,
A transparent layer covers the phosphor layer,
A semiconductor light-emitting device, wherein the reflective member is in contact with the transparent layer.
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