JP2001007405A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 白色発光ダイオードの発光輝度の向上を図る
と共に、色度のバラツキを抑えることである。 【解決手段】 ガラエポ基板１２に発光ダイオード素子
２０の裏面を固定すると共に、発光ダイオード素子２０
の上面側を樹脂封止体３３によって封止してなる発光ダ
イオードにおいて、前記発光ダイオード素子２０の裏面
とガラエポ基板１２との間に接着剤の中に蛍光材を分散
させた蛍光材含有層２１を設け、この蛍光材含有層２１
に発光ダイオード素子２０の裏面を接着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換型の発光
ダイオードに係り、特に青色発光を白色に変換するタイ
プの発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の波長変換型の発光ダイオ
ードとしては、例えば図１２に示したものが知られてい
る（特許第２９００９２８号）。これはリードフレーム
型の発光ダイオード１であって、リードフレームの一方
のメタルステム２に凹部３を設け、この凹部３に窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる発光ダイオード素子４を
載せて固着すると共に、この発光ダイオード素子４と前
記メタルステム２及びリードフレームの他方のメタルポ
スト５とをそれぞれボンディングワイヤ６，７によって
接続し、さらに全体を砲弾形の透明樹脂９によって封止
した構造のものである。前記透明樹脂９の中には波長変
換用の蛍光材８が分散してあり、発光ダイオード１を点
灯させた時には、発光ダイオード素子４から発した光が
蛍光物質８に当たって黄色に波長変換され、発光ダイオ
ード素子４の元来の青色発光と混色して白色の発光色を
得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発光ダイオード１にあっては、発光ダイオード素子
４を封止している透明樹脂９の中に蛍光材８を分散させ
たものであるため、透明樹脂９を通過する光の透過率が
落ちてしまい、白色発光の輝度が低下するといった問題
があった。
【０００４】また、透明樹脂９に比べて蛍光材８の比重
が大きいため均一に分散させることが難しく、別々の発
光ダイオード間のみならず一つの発光ダイオードの中で
も色度のバラツキが生じてしまうといった問題があっ
た。
【０００５】そこで、本発明の目的は、発光輝度の向上
を図ると共に、色度のバラツキを抑えるようにした発光
ダイオードを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、基材に
発光ダイオード素子の裏面を固定すると共に、発光ダイ
オード素子の上面側を樹脂封止してなる発光ダイオード
において、前記発光ダイオード素子の裏面と基材との間
に蛍光材含有層を設けたことを特徴とする。
【０００７】また、本発明の請求項２に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層が、接着剤の中に蛍光材を分
散させたものであり、この蛍光材含有層によって発光ダ
イオード素子の裏面を基材に固定したことを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明の請求項３に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層の周囲が、前記基材の上面に
設けられた堰によって囲まれていることを特徴とする。
【０００９】また、本発明の請求項４に係る発光ダイオ
ードは、前記堰が、前記基材の上面に設けられた板状電
極に形成され、この板状電極に開設された蛍光材含有層
充填用の孔の内周縁であることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の請求項５に係る発光ダイオ
ードは、前記基材上面に蛍光材含有層を形成し、その上
に接着剤を介して発光ダイオード素子の裏面を固定した
ことを特徴とする。
【００１１】また、本発明の請求項６に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層が、基材上面に蛍光材含有塗
料を印刷塗布するか又は蛍光材含有シートを貼付するこ
とによって形成されることを特徴とする。
【００１２】また、本発明の請求項７に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層の裏面側に反射面を設けたこ
とを特徴とする。
【００１３】また、本発明の請求項８に係る発光ダイオ
ードは、前記反射面が、前記基材側に設けられた電極の
上面であることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の請求項９に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層が、前記基材に形成された絶
縁面の上に設けられていることを特徴とする。
【００１５】また、本発明の請求項１０に係る発光ダイ
オードは、前記基材が絶縁体であることを特徴とする。
【００１６】また、本発明の請求項１１に係る発光ダイ
オードは、前記基材が金属の薄板基板であることを特徴
とする。
【００１７】また、本発明の請求項１２に係る発光ダイ
オードは、前記樹脂封止体にドーム状のレンズ部が形成
されていることを特徴とする。
【００１８】また、本発明の請求項１３に係る発光ダイ
オードは、前記樹脂封止体の上面が平面状に形成され、
この上面の表皮部分に補助蛍光材含有層を形成したこと
を特徴とする。
【００１９】また、本発明の請求項１４に係る発光ダイ
オードは、前記発光ダイオード素子が、窒化ガリウム系
化合物半導体によって形成されていることを特徴とす
る。
【００２０】また、本発明の請求項１５に係る発光ダイ
オードは、前記発光ダイオード素子の周囲にテーパ状の
反射壁が形成されていることを特徴とする。
【００２１】また、本発明の請求項１６に係る発光ダイ
オードは、前記発光ダイオード素子が基材に設けられた
一対の電極に接続されており、この電極がマザーボード
上のプリント配線に直接表面実装されることを特徴とす
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
に係る発光ダイオードの実施の形態を詳細に説明する。
図１乃至図３は、表面実装型の発光ダイオードに適用し
た場合の実施例を示したものである。この実施例に係る
表面実装型発光ダイオード１１は、基材となる矩形状の
ガラスエポキシ基板（以下、ガラエポ基板という）１２
に一対の電極（カソード電極１３とアノード電極１４）
をパターン形成し、この電極１３，１４の下面側をマザ
ーボード１５上のプリント配線１６，１７に半田１８で
固定することによって表面実装を実現するものである。
【００２３】前記ガラエポ基板１２の上面中央部には発
光ダイオード素子２０が搭載され、その裏面側に塗布さ
れた蛍光材含有層２１によってガラエポ基板１２に固定
されている。この発光ダイオード素子２０は窒化ガリウ
ム系化合物半導体からなる青色発光素子であり、図３に
示したように、サファイヤ基板２２の上面にｎ型半導体
２３とｐ型半導体２４を成長させた構造からなる。ｎ型
半導体２３及びｐ型半導体２４は電極２５，２６を備え
ており、前記ガラエポ基板１２に設けられたカソード電
極１３及びアノード電極１４にボンディングワイヤ２
７，２８によって接続されることで青色発光する。
【００２４】一方、発光ダイオード素子２０の裏面側に
設けられた蛍光材含有層２１は、図３に示したように、
接着剤２９をベースとした中に適当量の蛍光材３０を均
一に分散させたものである。これをガラエポ基板１２の
上面に所定の厚さになるように塗布し、その上に発光ダ
イオード素子２０を載せ置く。接着剤２９が加熱固化す
ることで、発光ダイオード素子２０の裏面がガラエポ基
板１２の上面に固定される。接着剤２９とガラエポ基板
１２との間では強い接着力が得られるので、蛍光材含有
層２１が剥離するようなことはない。
【００２５】前記蛍光材３０は、発光ダイオード素子２
０からの発光エネルギによって励起され短波長の可視光
を長波長の可視光に変換するものであり、例えばイット
リウム化合物等の蛍光物質が用いられる。
【００２６】従って、上記の実施例において、発光ダイ
オード素子２０のｎ型半導体２３とｐ型半導体２４との
境界面からの発光は、上方、側方及び下方へ青色光３１
として発光するが、特に下方側へ発光した青色光３１は
蛍光材含有層２１の中に分散されている蛍光材３０に当
たって励起され、黄色光３２に波長変換されて四方八方
に発光する。そして、この黄色光３２が前記発光ダイオ
ード素子２０の上方及び側方へ発光した青色光３１と混
色し、発光ダイオード１１を見た時に白色発光が得られ
ることになる。発光ダイオード素子２０の上方は、直方
体形状の樹脂封止体３３によって保護され、前述の青色
光３１及び波長変換された黄色光３２がこの中を直進す
るが、この樹脂封止体３３がエポキシ系の透明樹脂を主
成分としており、従来と異なって蛍光材を含まないので
光の透過率が良く、結果的に混色された白色発光の輝度
アップが図られることになる。また、この実施例では接
着剤２９の中に蛍光材３０を分散させているので、従来
のように樹脂封止体の中に蛍光材を分散させるのとは異
なって、蛍光材３０の分散に偏りが生ずるといったこと
がなく、発光時における色度のバラツキが抑えられるこ
とになる。さらに、この実施例では蛍光材含有層２１が
樹脂封止体３３の上面から遠く離れており、しかも発光
ダイオード素子２０の裏面側に隠れているので、紫外線
の影響を受けにくい構造となっている。なお、樹脂封止
体３３の中に二酸化ケイ素等の拡散剤を混入させること
によって、より均一な発光を得ることもできる。
【００２７】上記蛍光材含有層２１の裏面側に銅箔やア
ルミ箔など反射率の高い薄膜層を設けたり、又は図４に
示したように、カソード電極１３を延長して載置面３５
を形成し、この載置面３５の上に蛍光材含有層２１を介
して発光ダイオード素子２０を固定することによって
も、発光ダイオード素子２０の下方側に発した光の反射
効率を上げることができる。
【００２８】また、発光ダイオード素子２９の上方を保
護する樹脂封止体３３は、上述の直方体形状に限定され
ることなく、図５に示したようにドーム状のレンズ部３
４として形成することもできる。レンズ部３４を形成す
ることで集光効果による発光輝度のアップを期待するこ
とができる。また、図６に示したように、樹脂封止体３
３の水平上面に補助蛍光材含有層３６を薄く形成するこ
とによって、上面での色調整が可能となる。補助蛍光材
含有層３６は、有機溶媒の中に上記イットリウム系の蛍
光材３０又は別の蛍光材を分散させたものであり、塗料
として樹脂封止体３３の上面に印刷したり、シート状に
形成したものを貼付してもよい。補助蛍光材含有層３６
は薄く形成されることから、これによって樹脂封止体３
３での光透過率の低下を最小限に抑えることができる。
【００２９】図７及び図８は、本発明の第２実施例を示
したものである。この実施例では上記カソード電極１３
から延長した載置面３５に発光ダイオード素子２０の平
面形状より少し小さめの角孔３７を開設し、この角孔３
７内に上記蛍光材含有層２１を充填し、その上に発光ダ
イオード素子２０を載置して固定したものであり、その
他の構成は上記第１の実施例と同様である。この実施例
においては、蛍光材含有層２１をこの角孔３７に充填し
た時に、角孔３７の内周縁が堰３８の役目をして蛍光材
含有層２１の流れ出しを防ぐので、所定の厚みを確保す
ることができると共に、発光ダイオード素子２０の下面
全域に亘って均一な厚みを確保することができる。な
お、所定の厚みを確保するための堰３８は、上記カソー
ド電極１３の一部をなす載置部３５に限定されるもので
はない。
【００３０】図９は本発明の第３実施例を示したもので
ある。上記の実施例とは異なって、接着剤２９と蛍光材
３０とを分離し、透明の有機溶媒の中に上述の蛍光材３
０を分散させた蛍光材含有塗料４０をガラエポ基板１２
の上面に印刷塗布し、重ね刷りなどによって所定の厚み
に形成したものである。蛍光材含有塗料４０を乾燥させ
た後、この上に透明の接着剤２９を塗布しその上に発光
ダイオード素子２０を載置して固定する。この実施例に
あっては、発光ダイオード素子１２の下面側への青色発
光は、接着剤２９を通過して蛍光材含有塗料４０に分散
された蛍光材３０に当たって励起され、黄色発光に波長
変換されて四方八方に発光するが、蛍光材含有塗料４０
の厚みを大きく確保することができると共に厚みの調整
が容易であるため、青色発光との混色度合いを調整し易
いといったメリットがある。なお、蛍光材含有塗料４０
以外に、蛍光材含有シートを貼付することによって形成
することができる。
【００３１】図１０は、本発明の第４実施例を示したも
のである。この実施例ではガラエポ基板１２の上面中央
部に円筒状の反射枠４１を配置し、その中に発光ダイオ
ード素子２０を載置したものである。反射枠４１は内周
壁４２がテーパ面になっており、発光ダイオード素子２
０の発光を内周壁４２で反射させて上方向へ集光する働
きを持っている。発光ダイオード素子２０は、上述した
図３と同様、接着剤２９の中に蛍光材３０を分散させた
蛍光材含有層２１を介してガラエポ基板１２の上面に固
定されている。なお、蛍光材含有層２１の裏面側に反射
層を設けることでさらに反射効果を高めることができ
る。また、前記実施例と同様、蛍光材含有層２１の接着
剤と蛍光材とを分離して、別々の層で形成することも可
能である。
【００３２】図１１は本発明の第５実施例を示したもの
であり、発光ダイオード素子２０を載置する基材とし
て、上記ガラエポ基板１２の代わりに薄板の金属基板４
５を用いたものである。この実施例では金属基板４５の
中央部分にすりばち状の凹部４６をプレス成形し、この
凹部４６の底面４７に上記実施例１と同様、接着剤２９
の中に蛍光材３０を分散させた蛍光材含有層２１を介し
て発光ダイオード素子の裏面を固定してある。凹部４６
の内周壁４８は前記実施例と同様テーパ面になってお
り、反射効率を高めることができる構造になっている。
また、この実施例では金属基板４５自体に導電性があっ
て電極となり得るため、ボンディングワイヤ２７，２８
を金属基板４５の上面に接続してある。なお、金属基板
４５に設けられたスリット４９及び絶縁テープ５０は、
カソード電極１３側とアノード電極１４側とを仕切るた
めのものである。また、金属基板４５の裏面側には剛性
を確保するため樹脂５１による補強がなされる。
【００３３】なお、上記いずれの実施例も、図２に示し
たように、マザーボード１５上のプリント配線１６，１
７に直接表面実装されるチップ型の発光ダイオードにつ
いて説明したものであるが、この発明の発光ダイオード
は、従来例で説明したリードフレーム型のものにも適用
することができる。即ち、発光ダイオード素子が載置さ
れるメタルステムの凹部に蛍光材を含有した接着剤を塗
布し、その上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる発
光ダイオード素子を固着することで、砲弾形の樹脂封止
体の中に蛍光材を分散させなくても高輝度の白色発光を
得ることができる。
【００３４】また、上記いずれの実施例も発光ダイオー
ド素子２０と一対の電極１３，１４をボンディングワイ
ヤ２７，２８によって接続した場合について説明した
が、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば
半田バンプを用いたフリップチップ実装などの接続方法
も含まれるものである。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る発光
ダイオードによれば、発光ダイオード素子の裏面側に蛍
光材含有層を配置し、発光ダイオード素子で発光した光
の波長変換を発光ダイオード素子の裏面側で行うように
したので、発光ダイオード素子の上方側を保護する樹脂
封止体の中に波長変換用の蛍光材を分散させる必要がな
い。そのため、樹脂封止体における光の透過率が蛍光材
を分散させたものに比べてアップし、発光ダイオードの
発光輝度を上げることができるといった効果がある。
【００３６】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、発光ダイオード素子の上方を封止する樹脂体の中に
蛍光材を分散させる必要がないので、従来のように樹脂
封止体の内部で蛍光材の分散に偏りが生ずるといったこ
とがなく、個々の発光ダイオード間において、また一つ
の発光ダイオードの内部においても色度のバラツキを抑
えることができる。
【００３７】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、蛍光材を接着剤の中に分散させたことで、発光ダイ
オード素子を接着する工程の中で一緒に蛍光材の配置が
可能となり、工程的にも有利となる。
【００３８】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、蛍光材含有層の下面に反射層を設けたことで、蛍光
材によって波長変換した後の黄色発光を効率的に上方へ
反射させることができ、青色発光との混色が効果的に行
われる。
【００３９】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、発光ダイオード素子の上方を封止する樹脂封止体の
上面にドーム状のレンズ部を形成して集光させたり、発
光ダイオード素子の周囲に集光効果のあるテーパ面を設
けたりしたことで、白色発光の輝度をさらに上げること
ができる。
【００４０】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、堰を設けてその中に蛍光材含有層を配置したり、蛍
光材含有層を印刷やシートによって形成したことで、蛍
光材含有層の厚みを確保できると共に、その厚みを管理
できるといった効果がある。
【００４１】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、発光ダイオード素子の上方を封止する樹脂封止体の
上面に補助蛍光含有層を設けたことで、上面での色調整
が可能となる。
【００４２】また、本発明に係る発光ダイオードは、表
面実装タイプのチップ型発光ダイオードとして最適であ
り、量産性にも優れた構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの第１の実施例を
示す斜視図である。
【図２】上記発光ダイオードをマザーボードに実装した
時の上記図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】上記発光ダイオードにおいて、発光ダイオード
素子の裏面側での波長変換の原理を示す図である。
【図４】カソード電極の一部からなる反射層の上に発光
ダイオード素子を載置した時の発光ダイオードの斜視図
である。
【図５】封止樹脂体にドーム状のレンズ部を形成した場
合の発光ダイオードの断面図である。
【図６】封止樹脂体の上面に補助蛍光材含有層を形成し
た場合の発光ダイオードの断面図である。
【図７】本発明に係る発光ダイオードの第２実施例にお
いて、カソード電極の一部に堰を設けた付近を示す部分
斜視図である。
【図８】上記第２実施例における発光ダイオードの断面
図である。
【図９】本発明に係る発光ダイオードの第３実施例にお
いて、接着剤層と蛍光材含有層を分離して２層構造とし
た場合の発光ダイオードの断面図である。
【図１０】本発明に係る発光ダイオードの第４の実施例
において、発光ダイオード素子の周囲に反射枠を設けた
場合の発光ダイオードの断面図である。
【図１１】本発明に係る発光ダイオードの第５の実施例
において、薄板の金属基板を用いた時の発光ダイオード
の断面図である。
【図１２】従来の波長変換型発光ダイオードの一例を示
す断面図である。
【符号の説明】
１１ 発光ダイオード １２ ガラエポ基板（基材） １３ カソード電極 １４ アノード電極 １５ マザーボード ２０ 発光ダイオード素子 ２１ 蛍光材含有層 ２９ 接着剤 ３０ 蛍光材 ３３ 樹脂封止体 ３４ レンズ部 ３６ 補助蛍光材含有層 ３７ 角孔 ３８ 堰 ４０ 蛍光材含有塗料 ４１ 反射枠 ４５ 金属基板（基材） ４８ 内周壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 康介 山梨県富士吉田市上暮地１丁目23番１号 株式会社シチズン電子内 Ｆターム(参考） 4M109 AA02 BA01 BA04 CA01 CA12 CA21 DA03 DA07 EA02 EB12 EC11 EE12 GA01 5F041 AA14 CA02 CA46 DA07 DA20 DA26 DA44 DA58 DB04 EE25 5F047 AA11 AA17 AB03 BA21 BA51 BB11 CA08

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基材に発光ダイオード素子の裏面を固定
    すると共に、発光ダイオード素子の上面側を樹脂封止し
    てなる発光ダイオードにおいて、 前記発光ダイオード素子の裏面と基材との間に蛍光材含
    有層を設けたことを特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 前記蛍光材含有層が、接着剤の中に蛍光
    材を分散させたものであり、この蛍光材含有層によって
    発光ダイオード素子の裏面を基材に固定したことを特徴
    とする請求項１記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記蛍光材含有層の周囲が、前記基材の
    上面に設けられた堰によって囲まれていることを特徴と
    する請求項２記載の発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記堰が、前記基材の上面に設けられた
    板状電極に形成され、この板状電極に開設された蛍光材
    含有層充填用の孔の内周縁であることを特徴とする請求
    項３記載の発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 前記基材上面に蛍光材含有層を形成し、
    その上に接着剤を介して発光ダイオード素子の裏面を固
    定したことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオー
    ド。
  6. 【請求項６】 前記蛍光材含有層が、基材上面に蛍光材
    含有塗料を印刷塗布するか又は蛍光材含有シートを貼付
    することによって形成されることを特徴とする請求項５
    記載の発光ダイオード。
  7. 【請求項７】 前記蛍光材含有層の裏面側に反射面を設
    けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
    の発光ダイオード。
  8. 【請求項８】 前記反射面が、前記基材側に設けられた
    電極の上面であることを特徴とする請求項７記載の発光
    ダイオード
  9. 【請求項９】 前記蛍光材含有層が、前記基材に形成さ
    れた絶縁面の上に設けられていることを特徴とする請求
    項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオード。
  10. 【請求項１０】 前記基材が絶縁体であることを特徴と
    する請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオー
    ド。
  11. 【請求項１１】 前記基材が金属の薄板基板であること
    を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダ
    イオード。
  12. 【請求項１２】 前記樹脂封止体にドーム状のレンズ部
    が形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光
    ダイオード。
  13. 【請求項１３】 前記樹脂封止体の上面が平面状に形成
    され、この上面の表皮部分に補助蛍光材含有層を形成し
    たことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
  14. 【請求項１４】 前記発光ダイオード素子が、窒化ガリ
    ウム系化合物半導体によって形成されていることを特徴
    とする請求項１，２，５のいずれかに記載の発光ダイオ
    ード。
  15. 【請求項１５】 前記発光ダイオード素子の周囲にテー
    パ状の反射壁が形成されていることを特徴とする請求項
    １，２，５，１１，１４のいずれかに記載の発光ダイオ
    ード。
  16. 【請求項１６】 前記発光ダイオード素子が基材に設け
    られた一対の電極に接続されており、この電極がマザー
    ボード上のプリント配線に直接表面実装されることを特
    徴とする請求項１，２，５，１４，１５のいずれかに記
    載の発光ダイオード。
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