JP2002289925A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
善することを課題とするものである。 【解決手段】 台座2の上面に発光ダイオード素子9を
搭載しこの素子9の電極13、14を前記台座2に設け
た端子3、4に接続し、樹脂封止体18によって封止し
てなる発光ダイオード1において、前記台座2を透明無
機材材料7より構成し、この台座の上に透明接着剤17
を介して素子基板10が透明である発光ダイオード素子
9を固着するとともに、発光ダイオード素子の上方側に
非透過部19を設け、発光ダイオード素子9から出た光
が透明な台座2を透過してその下面側に導かれるように
し、前記透明無機材料7に蛍光材8が分散され、発光ダ
イオード素子9の青色発光を台座2を透過する間に白色
発光に波長変換する。
Description
光第ダイオードに関するものである。
は、例えば図6に示したものが知られている(特願平1
1−214527号に開示)。この発光ダイオード41
は、透明樹脂基板47で構成される矩形状の台座42の
上面に一対の上面電極としてカソード電極43とアノー
ド電極44がパターン形成されている。前記透明樹脂基
板47の中にはイットリウム化合物等からなる蛍光材4
8が分散されており、後述するように青色発光を白色発
光に波長変換する。
光ダイオード素子49が搭載されている。この発光ダイ
オード素子49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、サファイヤ基板50の上面にn型
半導体51及びp型半導体52を成長させた構造であ
る。n型半導体51およびp型半導体52に対し、それ
ぞれの上面に電極53、54が形成されている。これら
の電極53、54と前記台座42に設けられたカソード
電極43及びアノード電極44とは、ボンデイングワイ
ヤ55、56によって接続されている。
塗布された透明接着剤57を介して台座42の上面42
aに固定されている。また、発光ダイオード素子49お
よびボンデイングワイヤ55、56は台座42の上面4
2aに形成されたドーム状の樹脂封止体58により保護
されている。この樹脂封止体58の外周面には反射膜6
8がコーテイングされている。
いて発光ダイオード素子49のn型とp型の半導体5
1、52の境界面から上下方向に青色光を発光し、その
青色光のうち、最初から下方向に向かう光67は透明な
サファイヤ基板50及び透明接着剤57を経て透明樹脂
基板47を透過する。発光ダイオード素子49から樹脂
封止体58側に出た光は電極53、54が部分的にしか
形成されていないために、樹脂封止体58を透過し、反
射膜68によって反射を受ける。反射膜は凹面反射鏡の
作用をなし、反射した光が平行光69となって透明樹脂
基板47を透過する。これらの光67、69が透明樹脂
基板を透過する際に透明樹脂基板47の中に分散された
蛍光材48を励起して波長変換される。すなわち、蛍光
材48が青色光によって励起され、黄色味のある波長に
変換した発光を行い、混色により最終的には白色に近い
発光が台座42の下面42b側より出射する。
装方法は、図6に示すように、予めマザーボード61に
発光ダイオード41の樹脂封止体58が挿入される挿入
孔62を開設しておき、実装時には前記発光ダイオード
41を上下逆にしてマザーボード61上に載置し、挿入
孔62内に樹脂封止体58を挿入する。台座42に設け
られたカソード電極43およびアノード電極44を挿入
孔62の周囲にプリントされたマザーボード61上の配
線パターン63,64に半田45で固定する。
が上下逆に実装され、マザーボード61の上方が発光ダ
イオード41により照明されることになる。その際、青
色から白色への波長変換が蛍光材48を含有する透明樹
脂基板47内で行われるので、効率よく白色発光が得ら
れる。又、発光ダイオード41が上下逆に実装されるこ
とにより、上記マザーボード41を含めた全体の高さ
は、樹脂封止体58の厚味が加算されないので、マザー
ボード61の厚さと台座42の厚さを加えただけとな
り、全体の薄型化ができる。
たような従来の表面実装型の発光ダイオードには次のよ
うな問題がある。すなわち、発光ダイオード素子49が
取り付けられる台座42は透明樹脂基板47よりなり、
この透明樹脂基板47はエポキシ樹脂等よりなるが、そ
の熱伝導率は小さく、0.2w/m・K程度である。発
光ダイオード素子29に発光のために電流が流されると
発熱を生じ、その温度が上昇しようとするが、主として
台座22からの放熱により、温度の上昇が抑えられてい
る。発光ダイオード素子の温度が許容値よりも上昇する
と、その破損、劣化を生ずるので、温度は許容値(例え
ば120oc)以下に押さえなければならない。しかる
に、従来の発光ダイオードにおいては上記のように台座
の熱伝導率が小さいため、放熱性が悪く、発光ダイオー
ド素子の温度が上昇しやすい。従って、発光ダイオード
素子49の劣化を防ぐにはこれに供給する電流を抑えて
発熱量を制限する必要があり、このため、発光ダイオー
ド素子49の発光の輝度を十分に上げることができず、
最終的な白色の照明光の輝度を十分に上げることができ
ない。また、逆に照明光の輝度を上げようとして、発光
ダイオード素子29の供給電流を上げると、温度が過大
となり、発光ダイオード素子29の劣化を生ずることと
なる。
されてなる表面実装型の発光ダイオードにおける上記の
問題点すなわち放熱性が悪い点を改善することを課題と
する。本発明はかかる課題を解決することにより、構造
簡単で放熱特性に優れた表面実装型の発光ダイオードを
提供し、これにより破損、劣化を生ずることなく高輝度
の照明を可能とすることを目的とする。
めにその第1の手段として本発明は、台座の上面に発光
ダイオード素子を搭載するとともに、この発光ダイオー
ド素子の電極を前記台座に設けた端子に接続し、発光ダ
イオード素子を樹脂封止体によって封止してなる発光ダ
イオードにおいて、前記台座を熱伝導率が1.0w/m
・K以上の透明無機材材料により構成し、この台座の上
に透明接着剤を介して素子基板が透明である窒化ガリウ
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
るとともに、発光ダイオード素子の上方側に非透過部を
設け、発光ダイオードから出た光が透明な台座を透過し
て台座の下面側に導かれるようにし、前記透明無機材料
よりなる台座にイットリウム化合物からなる蛍光材が分
散され、発光ダイオード素子から出た青色発光が前記透
明な台座を透過して台座の下面側に導かれる間に白色発
光に波長変換することを特徴とする。
段として本発明は、台座の上面に発光ダイオード素子を
搭載するとともに、この発光ダイオード素子の電極を前
記台座に設けた端子に接続し、発光ダイオード素子を樹
脂封止体によって封止してなる発光ダイオードにおい
て、前記台座を無機材材料により形成し、その台座に上
面から下面に達する貫通孔又は溝又は非貫通の凹部を設
けると共に、この貫通孔又は溝に非貫通の凹部にイット
リウム化合物からなる蛍光材が分散された透明樹脂部を
充填し、台座の上に透明接着剤を介して素子基板が透明
である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とともに、発光ダイオード素子の上
方側に非透過部を設け、発光ダイオード素子から出た光
が透明樹脂部を透過して台座の下面側に導かれるように
し、発光ダイオード素子から出た青色発光が透明樹脂部
を透過する間に白色発光に波長変換することを特徴とす
る。
段として本発明は、前記第1の手段又は第2の手段にお
いて、前記台座の下面側に集光レンズ部が突設されてい
ることを特徴とする。
段として本発明は、前記第1の手段乃至第3の手段のい
ずれかにおいて、前記発光ダイオード素子の上方側に設
けられた非透過部が、前記発光ダイオード素子の上面側
に設けられた非透過電極であることを特徴とする。
段として本発明は、前記第1の手段乃至第3の手段のい
ずれかにおいて、前記発光ダイオード素子の上方側に設
けられた非透過部が、透明の樹脂封止体の外周面を被う
反射膜であることを特徴とする。
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及び図2は本発明の第1実施形態の表面実装型発光ダ
イオードを示したものである。本第1の実施の形態に係
る発光ダイオード1は、透明(または透光性)無機材料
よりなる透明無機基板7で構成される矩形状の台座2の
上面に一対の上面電極としてカソード電極3とアノード
電極4がパターン形成されている。前記透明無機基板7
の透明無機材料は例えば透光性アルミナ、サファイヤ、
透光性窒化アルミニウム、ガラス等であり、後述するよ
うに高い熱伝導率を有している。透明樹脂基板7の中に
はイットリウム化合物等からなる蛍光材8が分散されて
おり、後述するように青色発光を白色発光に波長変換す
る。
イオード素子9が搭載されている。この発光ダイオード
素子9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、サファイヤ基板10の上面にn型半導体1
1及びp型半導体12を成長させた構造である。n型半
導体11およびp型半導体12に対し、それぞれの上面
に部分的に電極13、14が形成されている。これらの
電極13、14と前記台座2に設けられたカソード電極
3及びアノード電極4とは、ボンデイングワイヤ15、
16によって接続されている。
布された透明接着剤17を介して台座2の上面2aに固
定されている。また、発光ダイオード素子9およびボン
デイングワイヤ15、16は台座2の上面2aに形成さ
れたドーム状の樹脂封止体18により保護されている。
この樹脂封止体18の外周面は反射膜19がコーテイン
グされている。樹脂封止体18は透明樹脂を材料として
形成され、反射膜19は銀やアルミニウムなどの蒸着に
よって形成される。
て発光ダイオード素子9のn型半導体11とp型半導体
12の境界面から上下方向に青色光を発光し、その青色
光のうち、最初から下方向に向かう光27は透明なサフ
ァイヤ基板10及び透明接着剤17を経て透明樹脂基板
7を透過する。発光ダイオード素子9から樹脂封止体1
8側に出た光は電極13、14が部分的にしか形成され
ていないために、樹脂封止体18を透過し、反射膜19
によって反射を受ける。反射膜19は凹面反射鏡の作用
をなし、反射した光が平行光69となって透明無機基板
7を透過する。ここで、これらの光27、29が透明無
機基板7を透過する際に透明無機基板7内に分散されて
いる蛍光材8が青色発光の短波長によって励起され、青
色発光を黄色味のある発光に波長変換する。そして、元
々の青色発光と波長変換された発光とが互いに混色する
ことで、透明無機基板7よりなる台座2の下面2b側で
は白色に近い発光が得られる。
方法は、図2に示すように、予めマザーボード21に発
光ダイオード1の樹脂封止体18が挿入される挿入孔2
2を開設しておき、実装時には前記発光ダイオード1を
上下逆にしてマザーボード21上に載置し、挿入孔22
内に樹脂封止体18を挿入する。台座2に設けられたカ
ソード電極3およびアノード4を挿入孔2の周囲にプリ
ントされたマザーボード21上の配線パターン23,2
4に半田25で固定する。
上下逆に実装され、マザーボード21の上方が発光ダイ
オード1により照明されることになる。ここで、発光ダ
イオード1において発光ダイオード素子9が搭載されて
いる台座2を構成する透明無機基板7の材料は上記した
ように透光性アルミナ、サファイヤ、透光性窒化アルミ
ニウム、ガラス等でありその熱伝導率は 1.0〜30
w/m・K であり、これは図6に例示した従来の発光
ダイオード(41)の台座(42)を構成するエポキシ
樹脂等の透明樹脂基板(47)の熱伝導率( 0.2w
/m・K )よりも格段に高く、従って本実施の形態に
おいて、台座2は従来よりも格段に優れた放熱性を有し
ている。よって、発光ダイオード素子9の発光の際の通
電による発熱は台座2により効率よく放熱され、発光ダ
イオード1の温度上昇が効果的に抑止される。これによ
り、発光ダイオード1の発光の輝度を十分に上げるた
め、発光ダイオード素子9の通電電流を必要なだけ上げ
て通電による発熱が増加しても、効率のよい放熱によ
り、温度の上昇を所定の範囲に抑え、発光ダイオード1
の破壊、劣化を防止することができる。
色から白色への波長変換が蛍光材8を含有する透明無機
基板7内で行われるので、効率よく白色発光が得られ
る。ここで、透明材料を使用しているので、光の利用効
率を高くすることができる。次に、本実施の形態におい
てはカソード電極3およびアノード電極4を透明無機基
板7よりなる台座2上に形成するする方法としては、台
座2の材料に耐熱性があるため、樹脂材の場合よりも自
由度が拡大し、蒸着、メッキ等の他に焼き付け等も可能
となる。また本実施の形態は、図6に示した従来の場合
と同様に、発光ダイオード1が上下逆に実装されること
により、上記マザーボード21を含めた全体の高さは、
樹脂封止体の厚味が加算されないので、マザーボード2
1の厚さと台座2の厚さを加えただけとなり、全体の薄
型化ができる。以上に述べたように本実施の形態によれ
ば、表面実装型の発光ダイオードにおいて、特別の放熱
手段を設けることなく、簡単な構成において、その放熱
特性を向上させることができる。
図である。本第2実施形態に係る表面実装型の発光ダイ
オード1は、台座2は透明無機材料よりなる透明無機基
板7と透明無機基板7の上面から下面に貫通する貫通孔
7cに充填された透明樹脂部5を有している。透明樹脂
部5の中にはイットリウム化合物等からなる蛍光材8が
分散されている。台座2にはカソード電極3およびアノ
ード電極4がパターン形成されると共に、台座の上面2
aには前記透明樹脂部5の略真上に発光ダイオード素子
9が搭載されている。この発光ダイオード素子の構成は
基本的には図1に示した第1実施形態の発光ダイオード
素子9と同様であり、サファイヤ基板10に形成された
n型半導体11及びp型半導体12はそれぞれの上面に
電極を備えるが、この第2実施形態では、非透過性の電
極13、14がn型半導体11およびp型半導体12の
各上面全体に形成されており、これによって上方への発
光が略完全に遮蔽される。
台座2に設けられたカソード電極3及びアノード電極4
はボンデイングワイヤ15、16により接続されてい
る。発光ダイオード素子9はその下面側に塗布された透
明接着剤17を介して台座2の上面に固着されている。
また、発光ダイオード素子9およびボンデイングワイヤ
15、16は台座2の上面に形成された図2と同様のド
ーム状の樹脂封止体18によって保護されている。
いては、発光ダイオード素子9のn型半導体11とp型
半導体12との境界面から上下方向に青色光が発光する
が、上方向へ発光した青色光は前記の非透過性の電極1
3、14に遮光されるため、樹脂封止体18内への透過
が殆どない状態で非透過性の電極13,14により反射
される。又斜め上方に若干漏れて樹脂体18内を透過す
る光があっても、ドーム状の樹脂体18をコートする反
射膜19により反射される。これらの反射光および最初
からサファイヤ基板10を透過して下方向に向かう青色
発光は、透明接着剤17を介して透明無機基板7の貫通
孔7cに充填されている透明樹脂部5を透過し、透明無
機基板7の下面側すなわち台座2の下面2b側に出射す
る。その際、透明樹脂部5内に分散されている蛍光材8
が青色発光の短波長により励起されてすでに説明した波
長変換を行い、すでに説明した原理により、台座2の下
面2b側で白色に近い発光が得られる。
図2に示した第1実施形態と同様にして、図3に示すよ
うに、マザーボード21に上下逆に実装され、マザーボ
ード21の上方が発光ダイオード1によって照射され
る。その際、青色から白色への波長変換が台座2のうち
蛍光材8を含有する透明樹脂部5内のみで行われるの
で、指向性の優れた輝度の高い白色発光が得られる。こ
こで、台座2のうち、透明樹脂部5以外の部分は透明無
機材料よりなる透明無機基板7であり、透明無機材料は
透光性アルミナ、サファイヤ、透光性窒化アルミニウ
ム、ガラス等でありその熱伝導率はすでに説明したよう
にガラエポ等の透明樹脂基板の熱伝導率よりも格段に高
い。
座2は従来よりも格段に優れた放熱性を有している。よ
って、図1に示した第1実施形態の場合と同様に発光ダ
イオード素子9の発光に伴う温度上昇は効果的に抑えら
れ、これによりすでに説明したような発光輝度の増加お
よび発光ダイオードの劣化防止の効果が得られる。な
お、蛍光材8が分散された透明樹脂部5を有するので、
発光ダイオード素子9の青色発光の色度がサファイヤ基
板10の組成や半導体の成長等の製造条件等に依存して
バラツイた場合でも、これにあわせて個々に蛍光材8の
成分量を調整して透明樹脂部5を形成し、最終的に白色
又はこれに近い発光を得るようすることが容易にできる
ので便利である。
図である。本第3実施形態では、台座2の下面2b側に
おいて、透明樹脂部5の略直上に半球状のレンズ部26
を設けた以外は前記第2の実施の形態と略同様の構成な
ので、共通の部分に関する詳細な説明は省略する。前記
レンズ部26は透明樹脂により形成されている。本第3
の実施の形態では蛍光材8が分散されている透明樹脂部
5の中を透過した光が台座2の下面2b側でレンズ部2
6よって屈折し、集光性が高められることになるので、
白色発光の輝度が向上する。
図である。本第4実施形態では、台座2は透明無機材料
よりなる透明無機基板7と透明無機基板7の上面から下
面に貫通する複数の貫通孔7cに充填された透明樹脂部
5を有している。透明樹脂部5の中にはイットリウム化
合物等からなる蛍光材8が分散されている。これ以外は
図1、図2に示す前記第1実施形態と略同様の構成なの
で、共通の部分に関する詳細な説明は省略する。本第4
実施形態において、台座2にその上面2a側から入光し
た青色発光のうち透明樹脂部5に入光したものは蛍光材
8を励起して黄色系の発光に波長変換する。ここで、透
明無機基板7の屈折率をn1、透明樹脂部5の屈折率を
n2としたとき、n1>n2の関係があれば、前記励起
した黄色系の発光は透明樹脂部5から自由に透明透明無
機基板7内にも入り込み、ここで台座2の上面2a側か
ら直接に透明無機基板7内に入光した青色発光と混色す
ることにより、台座2の下面2b側で白色に近い発光が
得られる。
分に入光した元々の青色発光と波長変換された発光とが
互いに混色することで台座2の下面2b側で白色に近い
発光が得られる。このようにして、台座2の下面2bの
比較的広い範囲において白色に近い発光が得られる。本
第4の実施の形態においても、台座2は無機透明基板7
を有するので、放熱特性に優れた発光ダイオード1が構
成される。なお、蛍光材8が分散された透明樹脂部5を
有するので、発光ダイオード素子9の青色発光の色度が
サファイヤ基板10の組成や半導体の成長等の製造条件
等に依存してバラツイた場合でも、これにあわせて個々
に蛍光材の成分量を調整して透明樹脂部5を形成し、最
終的に白色又はこれに近い発光を得るようすることが容
易にできるので便利である。なお、本第4実施形態にお
いては、蛍光材8が分散された透明樹脂部5は無機透明
基板7の上下面を貫通する貫通孔7cに充填される場合
だけでなく、図示は省略するが無機透明基板7の側面に
設けられ上下面に通じる溝に前記透明樹脂部材5が充填
される場合もある。
構造簡単で放熱特性に優れ、破損や劣化を生ずることな
く、輝度の高い照明光を発光することのできる表面実装
型の発光ダイオードを提供することができる。
構成を示す斜視図である。
面図である。
実装したときの断面図である。
実装したときの断面図である。
実装したときの断面図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 台座の上面に発光ダイオード素子を搭載
するとともに、この発光ダイオード素子の電極を前記台
座に設けた端子に接続し、発光ダイオード素子を樹脂封
止体によって封止してなる発光ダイオードにおいて、前
記台座を熱伝導率が1.0w/m・K以上の透明無機材
材料により構成し、この台座の上に透明接着剤を介して
素子基板が透明である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とともに、発光ダイ
オード素子の上方側に非透過部を設け、発光ダイオード
から出た光が透明な台座を透過して台座の下面側に導か
れるようにし、前記透明無機材料よりなる台座にイット
リウム化合物からなる蛍光材が分散され、発光ダイオー
ド素子から出た青色発光が前記透明な台座を透過して台
座の下面側に導かれる間に白色発光に波長変換すること
を特徴とする発光ダイオード。 - 【請求項2】 台座の上面に発光ダイオード素子を搭載
するとともに、この発光ダイオード素子の電極を前記台
座に設けた端子に接続し、発光ダイオード素子を樹脂封
止体によって封止してなる発光ダイオードにおいて、前
記台座を無機材材料により形成し、その台座に上面から
下面に達する貫通孔又は溝又は非貫通の凹部を設けると
共に、この貫通孔又は溝又は非貫通の凹部にイットリウ
ム化合物からなる蛍光材が分散された透明樹脂部を充填
し、台座の上に透明接着剤を介して素子基板が透明であ
る窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオード
素子を固着するとともに、発光ダイオード素子の上方側
に非透過部を設け、発光ダイオード素子から出た光が透
明樹脂部を透過して台座の下面側に導かれるようにし、
発光ダイオード素子から出た青色発光が透明樹脂部を透
過する間に白色発光に波長変換することを特徴とする発
光ダイオード。 - 【請求項3】 前記台座の下面側に集光レンズ部が突設
されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の発光ダイオード。 - 【請求項4】 前記発光ダイオード素子の上方側に設け
られた非透過部が、前記発光ダイオード素子の上面側に
設けられた非透過電極であることを特徴とする請求項1
乃至請求項3のいずれかに記載の発行ダイオード。 - 【請求項5】 前記発光ダイオード素子の上方側に設け
られた非透過部が、透明の樹脂封止体の外周面を被う反
射膜であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のい
ずれかに記載の発光ダイオード。
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