JP2002280615A - 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】 基板に発光素子チップを固着する接着剤の厚
みを増し、発光素子チップから下方側に放出した光の反
射率を高めることで、上方向での発光輝度の向上を図っ
た発光ダイオードを提供すること。 【解決手段】 カソード電極３３及びアノード電極３４
が形成された基板１２の上面に接着剤層４２を介して発
光素子チップ４１を固定すると共に、該発光素子チップ
４１を樹脂封止してなる発光ダイオード３１において、
前記接着剤層４２内に粒径１〜３０μｍのガラスビーズ
５２を混入し、それによって接着剤層４２に所定の厚み
を持たせた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極が形成された
基板の上面に接着剤層を介して発光素子チップを固定す
ると共に、該発光素子チップを樹脂封止し、これをプリ
ント配線基板（以下、ＰＣＢという）の上に直接マウン
トするタイプの発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の表面実装型の発光ダイオ
ードとしては、例えば図５に示すように、基板１２の上
面に一対の電極１９，２０を形成し、一方の電極１９の
上面に透明性の接着剤２３を介して発光素子チップ２２
を固着すると共に、該発光素子チップ２２と他方の電極
２０とをボンディングワイヤ２４で接続した後、これら
の上方を透明樹脂体２９で封止した構造のものがある。
このような構造の発光ダイオード２１では、発光素子チ
ップ２２で発光した光は、全方向に放射することから、
下方向へ放出した光も効果的に上方へ反射させるため
に、前記接着剤２３の中に光拡散剤１８を混入し、上面
方向への乱反射によって光度アップを図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構造では流動性を有する接着剤２３の性質上、接着剤２
３の厚みをかせぐことができないために、光拡散剤１８
による乱反射効果があまり期待できない。特に、接着剤
２３の中に波長変換用の蛍光剤を混入し、発光素子チッ
プ２２で発光した光の波長を変換して異なる発光色を得
るタイプの発光ダイオードにあっては、接着剤２３内部
での光の反射が少ないために、波長変換も十分に行われ
ないおそれがあった。
【０００４】そこで、本発明の目的は、基板に発光素子
チップを固着する接着剤の厚みを増し、発光素子チップ
から下方側に放出した光の反射率を高めることで、上方
向での発光輝度を高めることである。また、本発明の他
の目的は、光の反射率を高めることで、接着剤層内での
波長変換の向上を図るようにしたことである。
【０００５】
【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、電極が
形成された基板の上面に接着剤層を介して発光素子チッ
プを固定すると共に、該発光素子チップを樹脂封止して
なる発光ダイオードにおいて、前記接着剤層内に粒径の
大きい材料を混入し、それによって接着剤層に所定の厚
みを持たせたことを特徴とする。
【０００６】この発明によれば、粒径の大きな材料を接
着剤層に混入することによって、接着剤層の厚みを増す
ことができる。そのために、発光素子チップが基板上面
から離れた位置に固定されることになり、発光素子チッ
プから下方向に放出した光が接着剤層内で十分に乱反射
を起こし、発光ダイオードの光度がアップすることにな
る。
【０００７】請求項２に係る発光ダイオードは、電極が
形成された基板の上面に接着剤層を介して発光素子チッ
プを固定すると共に、該発光素子チップを樹脂封止して
なる発光ダイオードにおいて、前記接着剤層内に粒径の
大きい材料と波長変換用の蛍光剤とを混入し、それによ
って接着剤層に厚みを持たせると同時に波長変換を行わ
せることを特徴とする。
【０００８】この発明によれば、接着剤層内に粒径の大
きい材料と共に、広波長域の発光を得るための蛍光剤を
混入させたので、乱反射が効果的に行われることで、蛍
光剤による波長変換効率のアップが図られる。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
発光ダイオードにおいて、前記粒径の大きい材料は、透
光性を有することを特徴とする。
【００１０】この発明によれば、接着剤層に進入してき
た光が透光性の材料内を様々な角度に屈折透過して光を
散乱させることで輝度アップを図ることができる。
【００１１】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかに記載の発光ダイオードにおいて、前記粒径の大き
い材料は、その粒径が１〜３０μｍの範囲にあることを
特徴とする。
【００１２】この発明によれば、粒径が１〜３０μｍの
範囲内にある材料を接着剤層に混入しているので、接着
剤層の厚みを容易に増やすことができると共に、材料の
粒径を選択することによって、接着剤層の厚みを適宜調
整することができる。
【００１３】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れかに記載の発光ダイオードにおいて、前記粒径の大き
い材料は、ガラスビーズ、酸化アルミニウムあるいは酸
化チタンのいずれかであることを特徴とする。
【００１４】この発明によれば、粒径の大きい材料にガ
ラスビーズを使用することで、粒径を揃えやすく、ま
た、安価な製造コストで所定厚みの接着剤層を形成する
ことができる。また、前記ガラスビーズの他に、放熱性
の高い酸化アルミニウムや反射率の高い酸化チタンを使
用することもでき、これらの材料を適宜選択することで
所定の厚みを出す効果以外に放熱性あるいは反射率の向
上効果を得ることができる。
【００１５】
【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
た場合の第１の実施形態を示したものである。この実施
形態に係る表面実装型の発光ダイオード３１は、ガラス
エポキシ材の矩形状の基板１２に一対の電極（カソード
電極３３とアノード電極３４）をパターン形成し、この
カソード電極３３及びアノード電極３４の下面側をＰＣ
Ｂ３５上のプリント配線３６，３７に半田３８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。
【００１６】前記基板１２の上面略中央部には発光素子
チップ４１が搭載され、その下面側に塗布された接着剤
層４２によって基板１２に固着されている。この発光素
子チップ４１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に示すように、サファイヤガラ
スからなる素子基板４３の上面にｎ型半導体４４とｐ型
半導体４５を拡散成長させた構造からなる。前記ｎ型半
導体４４及びｐ型半導体４５はそれぞれｎ型電極４６，
ｐ型電極４７を備えており、前記基板１２に設けられた
カソード電極３３及びアノード電極３４にボンディング
ワイヤ４８，４９によって接続され、電流を流すことで
発光素子チップ４１が青色発光する。
【００１７】一方、発光素子チップ４１の下面側に設け
られる接着剤層４２は、図３に示すように、透明性の接
着剤５０をベースとした中に適当量の蛍光剤５１と、こ
の蛍光剤５１よりも粒径が大きなガラスビーズ５２と、
光拡散剤１８を混入し、均一に分散させたものである。
この接着剤層４２を基板１２の上面略中央部に適宜手段
で厚く塗布し、その上に発光素子チップ４１を載置す
る。接着剤５０が硬化することで、発光素子チップ４１
の下面が基板１２の上面に固定される。ガラスビーズ５
２は、接着剤層４２の中に封じ込められるので、ガラス
ビーズ５２が接着剤層４２から剥離するようなことはな
く、また、ガラスビーズ５２の存在によって発光素子チ
ップ４１の下面は基板１２の上面から離れた位置で固定
されることになる。
【００１８】前記蛍光剤５１は、発光素子チップ４１か
ら放出する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。上記発光
素子チップ４１に窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
場合、青色発光色を白色系発光色に変換することができ
る。
【００１９】前記ガラスビーズ５２は、球形あるいはそ
れに近い形状の透明ビーズであり、粒径１〜３０μｍの
範囲で選択される。粒径が１μｍ以下では接着剤層４２
の厚みをそれ程増加させることができないため放熱性が
損なわれる。ガラスビーズ５２を用いた場合は安価であ
ると共に、粒径や色合などを調整し易く、また球形のガ
ラスビーズ５２を作りやすい。なお、前記ガラスビーズ
５２の他、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ２）等も用いることができる。
【００２０】光拡散剤１８は、接着剤層４２内での光の
乱反射を促進するためのものであり、例えば、二酸化ケ
イ素等を用いることができる。この実施形態では、ガラ
スビーズ５２も光の反射作用を有することから相乗効果
が期待できる。なお、前記光拡散剤１８を混入せずに、
ガラスビーズ５２のみで光を反射させることも可能であ
る。
【００２１】前記接着剤層４２は、混入されたガラスビ
ーズ５２が所定の大きさの粒径を有しているので、接着
剤５０の硬化収縮があっても、ガラスビーズ５２の粒径
以上の厚さ（平均２０μｍ以上）を確保できる。このた
め、発光素子チップ４１の発光を効率よく反射増幅し、
また色調変換することができる。具体的には従来の接着
剤層（平均厚さ５μｍ以下）の場合に比べ、１．３〜
１．５倍の光量アップが図られる。
【００２２】上記蛍光剤５１、ガラスビーズ５２及び光
拡散剤１８が混入された接着剤層４２を厚く形成するこ
とで発光ダイオードの輝度や色調変換効率がアップする
が、逆に発光素子チップ４１から放出された熱が基板１
２上に蓄積され易くなる。これは、接着剤層の厚みが薄
ければ、発光素子チップ４１から放出された熱を基板１
２面に直ちに放熱できるが、接着剤層４２が厚くなる
と、接着剤層４２の中に熱が溜まってしまい、基板１２
に放熱されにくいからである。このことから、本実施形
態では接着剤層４２の厚みを反射効率が低下しない範囲
でできるだけ薄くするのが好ましい。なお、ガラスビー
ズ５２の代わりに、前記酸化アルミニウムを用いること
で放熱効率を改善することができる。
【００２３】次に前記図３に基づいて発光ダイオード３
１の発光作用を説明する。発光素子チップ４１のｎ型半
導体４４とｐ型半導体４５との境界面から発光した光
は、上方、側方及び下方へ青色光５３として発光する
が、特に下方側へ発光した青色光５３は接着剤層４２の
中に放出され、その中に分散されている蛍光剤５１やガ
ラスビーズ５２、光拡散剤１８に当たる。接着剤層４２
がガラスビーズ５２によって所定厚みが確保されている
ので、接着剤層４２内に直進した光は光拡散剤１８に当
たる頻度も高く、乱反射が効果的に起こる。そして、こ
の乱反射光が蛍光剤５１を励起することで、広波長域の
黄色光５４に波長変換される。さらに、この黄色光５４
がガラスビーズ５２や光拡散剤１８に当たることでより
一層反射拡散され、一段と増幅された光が四方八方に散
乱する。波長変換した黄色光５４は前記発光素子チップ
４１の上方及び側方へ発光した青色光５３とも混色し、
発光ダイオード全体が白色系発光することになる。発光
素子チップ４１の上方は、図１及び図２に示したような
直方体形状の封止樹脂材３９によって被覆されており、
前述の接着剤層４２の中で反射された光もこの中を直進
して上面で発光するため、結果的に混色された白色系発
光の輝度アップが図られることになる。
【００２４】上記第１の実施形態は、接着剤層４２に蛍
光剤５１を混入し、発光素子チップ４１が発する青色光
を白色系の発光に波長変換する際の輝度及び波長変換率
のアップを図ったものであるが、蛍光剤５１を混入せず
に、ガラスビーズ５２と光拡散剤１８だけを混入するこ
とで、広く一般的な発光ダイオードにも適用することが
できる。また、前記蛍光剤５１や光拡散剤１８と一緒に
サリチル酸誘導体や２-ヒドロキシベンゾフェノン誘導
体等の紫外線吸収剤を混入させてもよい。紫外線吸収剤
を混入することで、蛍光剤５１や光拡散剤１８の老化を
抑え、経年変化による発光輝度の減衰を防止することが
できる。また、前記光拡散剤１８と組み合わせる粒径の
大きな材料として、ガラスビーズ５２の他に、放熱性の
高い酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や反射率の高い酸
化チタン（ＴｉＯ２）を使用することもできる。
【００２５】上記実施形態で使用したガラスビーズ５２
は、透光性を有するものである。透光性を有すること
で、ガラスビーズ５２内に入射した光が様々な角度に屈
折して乱反射を引き起こし、この光が蛍光剤等に当たる
ことで高輝度の発光ダイオードとなる。一方、本発明で
はガラスビーズ５２に不透光性の材料を利用することも
できる。この場合には、入射した光がガラスビーズ５２
内を透過する代わりにその表面で反射するため、この材
料の配置箇所に応じて一定の方向に集中的に光を反射さ
せることで輝度アップを図ることができる。なお、前記
透光性及び不透光性の材料を適量混ぜて混入することも
可能で、この場合は両者の長所を兼ね備えた発光ダイオ
ードが形成できる。
【００２６】また、上記形成した接着剤層４２の下面側
に銅箔やアルミ箔など反射率の高い薄膜層を設けたり、
図４に示したように、発光ダイオード６１のカソード電
極３３を延長して載置面６２を形成し、この載置面６２
の上に接着剤層４２ａを介して発光素子チップ４１を固
定することで、発光素子チップ４１の下方側に発した光
の反射効率をさらに高めることができる。
【００２７】
【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、基板の上面に発光素子チップを固
着する接着剤層の中に粒径の大きい材料を混入し、接着
剤層が所定の厚みになるように形成したので、発光素子
チップの下方側に放出する光の反射率が高められ、発光
ダイオードの発光輝度をアップすることができる。特
に、接着剤層の中に蛍光剤を混入して波長変換を図るタ
イプの発光ダイオードにあっては、発光輝度と同時に波
長変換効率のアップも図られることになる。
【００２８】また、接着剤層の厚さが、混入するガラス
ビーズ等の粒径や混入量に応じて変化するので、接着剤
層に混入する材料の材質や粒径及び含有量を調整するこ
とで発光ダイオードの輝度を調整することができるとい
った効果がある。
【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の実施形態
を示す斜視図である。
【図２】上記発光ダイオードをＰＣＢ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ける発光素子チップの
構造及び波長変換の原理を示す説明図である。
【図４】本発明に係る発光ダイオードの他の実施形態を
示す斜視図である。
【図５】従来の表面実装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】
１２ 基板 １８ 光拡散剤 ３１ 発光ダイオード ３３ カソード電極 ３４ アノード電極 ４１ 発光素子チップ ４２ 接着剤層 ４３ 素子基板 ５０ 接着剤 ５１ 蛍光剤 ５２ ガラスビーズ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極が形成された基板の上面に接着剤層
    を介して発光素子チップを固定すると共に、該発光素子
    チップを樹脂封止してなる発光ダイオードにおいて、 前記接着剤層内に粒径の大きい材料を混入し、それによ
    って接着剤層に所定の厚みを持たせたことを特徴とする
    発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 電極が形成された基板の上面に接着剤層
    を介して発光素子チップを固定すると共に、該発光素子
    チップを樹脂封止してなる発光ダイオードにおいて、 前記接着剤層内に粒径の大きい材料と波長変換用の蛍光
    剤とを混入し、それによって接着剤層に厚みを持たせる
    と同時に波長変換を行わせることを特徴とする発光ダイ
    オード。
  3. 【請求項３】 前記粒径の大きい材料は、透光性を有す
    ることを特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオー
    ド。
  4. 【請求項４】 前記粒径の大きい材料は、その粒径が１
    〜３０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至
    ３のいずれかに記載の発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 前記粒径の大きい材料は、ガラスビー
    ズ、酸化アルミニウムあるいは酸化チタンのいずれかで
    あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
    の発光ダイオード。
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