JP2002374007A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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JP2002374007A
JP2002374007A JP2001182544A JP2001182544A JP2002374007A JP 2002374007 A JP2002374007 A JP 2002374007A JP 2001182544 A JP2001182544 A JP 2001182544A JP 2001182544 A JP2001182544 A JP 2001182544A JP 2002374007 A JP2002374007 A JP 2002374007A
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light
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Takemasa Yasukawa
武正 安川
Akira Mabuchi
彰 馬淵
Yasushi Ozaki
康司 尾崎
Kenichi Watanabe
健市 渡辺
Satoshi Honda
聡 本多
Tsutomu Yokota
勉 横田
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Sanken Electric Co Ltd
Toyoda Gosei Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性及び耐久性に優れたＳＭＤタイプの短
波長ＬＥＤを提供する。 【解決手段】 ５００ｎｍ以下の波長領域に発光ピーク
波長を有する発光素子を基体のカップ状部にマウント
し、カップ状部にエポキシ基含有のシリコーンゴムを充
填する。リフレクタ材料として芳香族ポリアミド系樹脂
を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光装置に関する。詳し
くは、比較的短波長領域の光を発光する発光素子を利用
した装置に関する。本発明の発光装置は、例えば照明用
光源、各種表示装置用の光源として利用することができ
る。
【０００２】
【従来の技術】発光素子を利用した発光装置として図５
に示す構成のものが知られている。図５は、ＳＭＤ（su
rface mounted device）タイプのＬＥＤ１００を模式的
に表したものである。ＬＥＤ１００では、基板１２０と
リフレクタ（筐体）１３０により形成されるカップ状部
１５０に発光素子１１０が配置され、カップ状部１５０
には封止部材１４０（光透過性の樹脂）が充填されてい
る。リフレクタ１３０は、例えば、酸化チタンなどの白
色系の充填材を含有したポリマー樹脂により形成され
る。一方、封止部材としては、一般にエポキシ樹脂が用
いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】現在までのところ、上
記のＳＭＤタイプのＬＥＤにおいて使用される発光素子
は、赤色領域などの比較的長波長領域に発光ピーク波長
を有するものであった。封止部材に用いられるエポキシ
樹脂はこのような発光素子の光に対して比較的耐久性が
あるため、長時間の使用により多少の変色等はするもの
の、その程度は小さいものであった。ところで、紫外領
域などに発光ピーク波長を有する短波長の発光素子の開
発が行われ、かかる発光素子についてもＳＭＤタイプの
ＬＥＤへの適用が期待されている。そこで、本発明者ら
は短波長の発光素子を用いてＳＭＤタイプのＬＥＤを構
成することを試みた。その結果、封止部材として従来同
様にエポキシ樹脂を用いた場合には、封止部材の劣化
（変色）が激しく、耐久性に関して実用に耐えられるも
のではなかった。一方、発光装置の安定性、信頼性を確
保するためには、封止部材と、発光素子が載置される基
体（リフレクタを含む）との間に隙間がない状態で封止
部材を形成する必要がある。従って、封止部材と基体と
の間には充分な接着性（密着性）が要求される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
に鑑み、封止部材の材料及び基体について検討を行っ
た。その結果、封止部材の材料としてシリコーンが短波
長領域の光に対して極めて高い耐性を示すことを見出し
た。また、封止部材と基体との密着性の観点から検討を
行ったところ、封止部材にシリコーンを採用した場合に
おいて基体にポリアミド系樹脂を用いることにより、封
止部材と基体との間に良好な密着性が得られることを見
出した。本発明は以上の知見に基づくものであり、次の
構成からなる。半導体発光素子と、該半導体発光素子が
載置される基体と、前記半導体発光素子を被覆する封止
部材を備え、前記基体の少なくとも一部がポリアミド系
樹脂からなり、前記封止部材の少なくとも一部がシリコ
ーンからなる、ことを特徴とする発光装置。
【０００５】以上の構成によれば、封止部材と基体との
間に充分な接着性（密着性）が得られ、封止部材と基体
との間に隙間のない状態で封止部材を形成することがで
きる。もって、発光装置の安定性、信頼性が向上する。
また、封止部材の材料として短波長領域の光に対して高
い耐性を有するシリコーンが用いられるため、特に短波
長の半導体発光素子を採用した場合において封止部材の
劣化が抑制され、発光装置の耐久性が向上する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の発光装置を構成す
る各要素について説明する。 （半導体発光素子）半導体発光素子は、発光ピーク波長
を５００ｎｍ以下の波長領域に有するものを好適に採用
できる。さらに好ましくは、４００ｎｍ以下の波長領域
に発光ピークを有する半導体発光素子が採用される。ま
た、３７０〜３９０ｎｍの波長領域に発光ピーク波長を
有する半導体発光素子を好適に採用することができる。
単一の発光ピークを有する半導体発光素子に限られず、
複数の発光ピークを有する半導体発光素子を用いること
もできる。尚、複数の発光ピークを有する場合には、５
００ｎｍより長波長の領域に一又は二以上の発光ピーク
を有していてもよい。半導体発光素子の構成は、上記の
波長特性を備えるものであれば特に限定されない。例え
ば、III族窒化物系化合物半導体からなる発光層を備え
る半導体発光素子を採用することができる。ここで、一
般に、III族窒化物系化合物半導体とは、一般式として
ＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）の四元系で表され、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、
ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上にお
いて０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族
元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換
しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部も リン（Ｐ）、
ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）
等で置換できる。また、発光層は任意のドーパントを含
有するものであってもよい。
【０００７】（基体）基体は半導体発光素子が載置され
る部材であり、少なくとも一部がポリアミド系樹脂から
なる。本明細書での基体には、単一の部材からなるもの
の他に、複数の部材を組み合わせて構成されるものが含
まれる。前者の例としては、特定の材料を、一の面側に
凹部（カップ状部）が形成されるように成型したものを
挙げることができる。この場合、基体にフレームをイン
サートすることができる。一方、後者の例としては、筐
体と基板とを組み合わせたものが挙げられ、例えば、凹
部（カップ状部）が形成されるように、基板上に所望の
形状の筐体を接着させて基体を構成することができる。
また、基体として略平板状の基板のみからなるものを用
いることもできる。ここで、基体に形成される凹部（カ
ップ状部）とは、底部と側面部とを有し、光軸に垂直方
向の断面の面積が、当該底部から発光装置の光の取り出
し方向に向かって連続的又は段階的に増加する形状を有
する空間からなる部分をいう。かかる条件を満たす範囲
において、底部及び側面部の形状は特に限定されるもの
ではない。
【０００８】基体は、少なくとも一部がポリアミド系樹
脂からなる。このような基体を用いることにより、後述
の封止部材と基体表面との密着性が高まり、発光装置の
安定性、信頼性が向上する。封止部材と基体表面との密
着性を高め、発光装置の安定性、信頼性を高める観点か
ら、封止部材と接触する基体表面の全体を上記の材料で
形成することが好ましい。また、カップ状部を有する基
体を用いる場合には、基体作製の容易さ、及び封止部材
を形成する際の条件設定の容易さを考慮すれば、カップ
状部を形成する基体表面の全体を上記の材料により形成
することが好ましい。また、好ましい一態様として、上
記の材料により基体全体を構成することが挙げられる。
このような基体は、上記の材料を用いた型成型などによ
り作製することができる。具体例を示せば、基体全体を
ポリアミド系樹脂により形成することができる。また、
基板と筐体とを用いて基体を構成する場合には、基板及
び筐体の両者をポリアミド系樹脂により形成することが
できる。もちろん、いずれか片方のみをポリアミド系樹
脂により形成してもよい。尚、組成の異なる複数のポリ
アミド系樹脂を用いて基体を構成してもよい。基体に光
反射性フィラーを含有させることができる。このように
すれば、基体表面において発光素子の光を高い効率で反
射させることができ、発光装置の発光輝度が向上する。
【０００９】封止部材との接着性向上の観点から、ポリ
アミド系樹脂の中でも芳香族ポリアミド系樹脂を用いる
ことが好ましい。芳香族ポリアミド系樹脂とは、主鎖に
芳香族環をもつポリアミドからなる樹脂をいい、その種
類は特に限定されない。例えば、以下の一般式を有する
芳香族ナイロン樹脂を用いることができる。
【化１】
【００１０】光反射性のフィラーの種類は特に限定され
ないが、基体表面の光反射率を高め、発光装置の発光輝
度を向上させるために、光反射率が高い材料を選択して
用いることが好ましい。例えば、酸化チタン、チタン酸
カリウム等を用いることができる。
【００１１】発光素子からの光が照射する基体表面はで
きるだけ平滑にすることが好ましい。平滑なほど鏡面反
射が起こりやすくなり、当該基体表面に反射されて外部
放射する光の量を増加させることができるからである。
また、基体にカップ状部を形成する場合には、当該カッ
プ状部を形成する基体表面の角度は光軸方向への反射効
率を考慮して設計することができ、発光素子の光軸に対
して２０°〜６０°の範囲にすることが好ましい。さら
に好ましくは２０°〜５０°の範囲とする。
【００１２】（封止部材）封止部材は発光素子を被覆す
るように形成される部材であり、主として外部環境から
発光素子を保護する目的で備えられる。封止部材は少な
くとも一部がシリコーンからなるものとする。即ち、シ
リコーン樹脂、シリコーンゴム、及び／又はシリコーン
エラストマーを少なくとも含む材料により封止部材が構
成される。好ましくは、シリコーンゴムを封止部材の材
料の一つとして用いる。更に好ましくは、シリコーンゴ
ム製の封止部材を採用する。この場合には、発光素子の
光に対して高い透過性を有するシリコーンゴムを採用す
ることが好ましい。かかる材料を採用することにより、
発光素子の光を効率よく外部放射できる。封止部材には
エポキシ基が含有されることが好ましい。即ち、一の好
ましい態様として、エポキシ基含有のシリコーンゴムに
より封止部材を構成する。このようにすれば、封止部材
と基体との間に十分な密着性が得られ、発光装置の安定
性、信頼性が向上する。このような効果が奏されるのは
次の理由によるものと予想される。即ち、基体表面の材
料として用いられるポリアミド系樹脂はその分子中にア
ミド基を有するため、このアミド基中の水素原子と封止
部材中のエポキシ基における酸素原子とが水素結合を形
成し得るからである。また、ポリアミド系樹脂中の末端
アミンと封止部材中のエポキシ基とが共有結合を形成し
得るからである。
【００１３】エポキシ基は封止部材中に含有されていれ
ば良く、シリコーン分子と独立して存在していても、シ
リコーン分子の側鎖の一部として存在していてもよい。
封止部材の材料は、発光素子の光に対する透過性、硬化
した状態の硬度、取り扱いの容易さ等を考慮して適当な
ものが採用される。例えば、以下の一般式からなる主剤
及び硬化剤を混ぜて架橋をしたシリコーンゴムを封止部
材として採用することができる。 （主剤）
【化２】 （硬化剤）
【化３】
【００１４】異なる材料からなる複数の層が発光素子上
に積層して形成されるように封止部材を設けることがで
きる。この場合には、発光素子の近傍に発光素子の発光
に対して耐久性のある材料からなる層、例えばエポキシ
基含有のシリコーンゴムからなる層を設けることが好ま
しい。
【００１５】封止部材に蛍光体を含有させることもでき
る。蛍光体を用いることにより、発光素子からの光の一
部を異なる波長の光に変換することができ、発光装置の
発光色を変化させ、又は補正することができる。発光素
子からの光により励起可能なものであれば任意の蛍光体
を用いることができ、その選択においては発光装置の発
光色、耐久性等が考慮される。蛍光体を封止部材に一様
に分散させても、また一部の領域に局在させてもよい。
例えば、蛍光体を発光素子の近傍に局在させることによ
り、発光素子から放出された光を効率的に蛍光体に照射
できる。
【００１６】複数種類の蛍光体を組み合わせて封止部材
に含有させることもできる。この場合には、発光素子か
らの光により励起されて発光する蛍光体、及び当該蛍光
体からの光により励起されて発光する蛍光体とを組み合
わせて用いることもできる。封止部材に光拡散材を含有
させることにより、封止部材内での光の拡散を促進させ
て発光ムラを減少させることもできる。特に、上記のよ
うに蛍光体を用いる構成においては、発光素子からの光
と蛍光体からの光との混色を促進させて発光色のムラを
少なくするために、光拡散材を用いることが好ましい。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の一の実施例であるＳＭＤタイ
プの発光ダイオードを用いて、本発明の構成をより詳細
に説明する。図１は、発光ダイオード１の断面を模式的
に表した図である。発光ダイオード１は、発光素子１
０、基板２０、リフレクタ３０、及び封止部材４０から
概略構成される。基板２０及びリフレクタ３０が、上記
説明における筐体に相当する。尚、発光ダイオード１
は、静電耐圧のために図示しないツェナーダイオードを
内蔵する。
【００１８】発光素子１０は、III族窒化物系化合物半
導体発光素子である。その構成を図２に模式的に示し
た。図２に示されるように、発光素子１０は、サファイ
ア基板上に、複数のIII族窒化物系化合物半導体層が積
層された構成からなり、発光ピーク波長を３８０ｎｍ付
近に有する。発光素子１０の各層のスペックは次の通り
である。
【００１９】基板１１の上にはバッファ層１２を介して
ｎ型不純物してＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型半
導体層１３を形成した。ここで、基板１１にはサファイ
アを用いたが、これに限定されることはなく、サファイ
ア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リ
ン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化
マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用い
ることができる。さらにバッファ層はＡｌＮを用いてＭ
ＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはな
く、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧ
ａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法と
しては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相
成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティ
ング法、電子シャワー法等を用いることができる。III
族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当
該バッファ層を省略することができる。さらに基板とバ
ッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去す
ることもできる。ここでｎ型半導体層１３はＧａＮで形
成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧ
ａＮを用いることができる。また、ｎ型半導体層１３は
ｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不
純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもで
きる。ｎ型半導体層１３は発光する層を含む層１４側の
低電子濃度ｎ-層とバッファ層１２側の高電子濃度ｎ＋
層とからなる２層構造とすることができる。発光する層
を含む層１４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若し
くは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光
素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型
及びホモ接合型のものなどでもよい。
【００２０】発光する層を含む層１４はｐ型半導体層１
５の側にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバン
ドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含む
こともできる。これは発光する層を含む層１４中に注入
された電子がｐ型層１５に拡散するのを効果的に防止す
るためである。発光する層を含む層１４の上にｐ型不純
物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型半導体層
１５を形成した。このｐ型半導体層１５はＡｌＧａＮ、
ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、ま
た、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ
を用いることもできる。さらに、ｐ型半導体層１５を発
光する層を含む層１４側の低ホール濃度ｐ−層と電極側
の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２層構造とすることが
できる。上記構成の発光ダイオードにおいて、各III族
窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを
実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、
ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イ
オンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成
することもできる。
【００２１】ｎ電極１８はＡｌとＶの２層で構成され、
ｐ型半導体層１５を形成した後、ｐ型半導体層１５、発
光する層を含む層１４、及びｎ型半導体層１３の一部を
エッチングにより除去し、蒸着によりｎ型半導体層１３
上に形成される。透光性電極１６は金を含む薄膜であ
り、ｐ型半導体層１５の上に積層される。ｐ電極１７も
金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極
１６の上に形成される。上記の工程により各半導体層及
び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
【００２２】基板２０は絶縁性の基板であって、その表
面に所望の配線パターンがプリントされている。発光素
子１０は基板２０の所望の位置にマウントされる。
【００２３】リフレクタ３０は基板２０表面の一部とと
もにカップ状部５０を形成するように基板２０上に配置
される。リフレクタ３０はチタン酸カリウムを一様に分
散させた芳香族ナイロン樹脂からなり、カップ状部５０
を形成する面が光軸に対して所望の角度となるように成
型されている。本実施例では当該面の角度を発光素子１
０の光軸に対して約３０°とした。封止部材４０はエポ
キシ基を側鎖に有するシリコーンゴムからなる。以上の
構成のＬＥＤ１は次のように製造される。
【００２４】まず、基板２０上にリフレクタ３０を配置
する。続いて、発光素子１０をマウントし、発光素子１
０の電極と基板２０上の配線パターンとをリードで接続
する。次に、発光素子１０の表面に図示しないセラミッ
クコーティングを行う。続いて、以下の主剤と硬化剤と
を混ぜて液状のシリコーンゴムを準備し、カップ状部５
０にポッティングする。 （主剤）
【化４】 （硬化剤）
【化５】 この状態で約１５０℃に加熱してシリコーンゴムを熱硬
化させる。これにより、シリコーンゴムはリフレクタ３
０表面になじみ、当該表面に接着した状態で硬化する。
その後、空気中で放熱させる。
【００２５】図３に他の構成からなる発光ダイオード２
の模式図を示す。図３において、発光ダイオード１と同
一の要素には同一の符号を付してある。発光ダイオード
２では、基板の代わりにリードフレーム８０が用いら
れ、リードフレーム８０の上に発光素子１０がマウント
される。その他の構成は、発光ダイオード１と同様であ
る。
【００２６】図４に他の構成からなる発光ダイオード３
の模式図を示す。図４において、発光ダイオード１と同
一の要素には同一の符号を付してある。発光ダイオード
３では、ポリアミド系樹脂製の基板７０が用いられる。
基板７０には所望の配線７１が施されている。また、筐
体（リフレクタ）は用いられず、図示されるように発光
素子１０を被覆して断面略矩形の封止部材６０が形成さ
れる。このような封止部材６０は、基板７０上に発光素
子１０をマウントした後、所望の型を用いた型成型によ
り形成することができる。また、予め所望の形状に成型
した封止部材６０を用意しておき、これを発光素子１０
を覆うように基板７０に接着させてもよい。
【００２７】以上、本発明が適用される実施例としてＳ
ＭＤタイプの発光ダイオードについて説明したが、本発
明はカップ状部を有するリードフレーム上に発光素子が
マウントされ、発光素子及びリードフレームの一部を封
止部材で被覆してなる、いわゆる砲弾型発光ダイオード
にも適用できるものである。また、発光素子をいわゆる
フリップチップのかたちに基板又はリードフレーム上に
マウントしたフリップチップタイプの発光ダイオードに
も適用できるものである。
【００２８】本発明は、上記発明の実施の形態の説明に
何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を
逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形
態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例である発光ダイオー
ド１の構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、発光ダイオード１を構成する発光素子
１０の構成を模式的に示した図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施例である発光ダイオ
ード２の構成を模式的に示した図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施例である発光ダイオ
ード３の構成を模式的に示した図である。
【図５】図５は、従来の構成の発光ダイオード１００を
示す図である。
【符号の説明】
１ ２ ３ １００ 発光ダイオード １０ １１０ 発光素子 ２０ ７０ １２０ 基板 ３０ １３０ リフレクタ ４０ ６０ １４０ 封止部材 ５０ １５０ カップ状部
フロントページの続き (72)発明者 馬淵 彰 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 尾崎 康司 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 渡辺 健市 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 本多 聡 埼玉県新座市北野３丁目６番３号 サンケ ン電気株式会社内 (72)発明者 横田 勉 埼玉県新座市北野３丁目６番３号 サンケ ン電気株式会社内 Ｆターム(参考） 4J002 CL031 DE136 DE186 FD016 GP00 5F041 AA43 CA40 DA16 DA45 DA46 DA58

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体発光素子と、該半導体発光素子が
    載置される基体と、前記半導体発光素子を被覆する封止
    部材とを備え、 前記基体の少なくとも一部がポリアミド系樹脂からな
    り、 前記封止部材の少なくとも一部がシリコーンからなる、
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 【請求項２】 前記基体が、ポリアミド系樹脂からなる
    筐体と、他の材料からなる基板を接着して構成され、凹
    部を有する、請求項１に記載の発光装置。
  3. 【請求項３】 前記基体がリードフレームをインサート
    したポリアミド系樹脂からなる、請求項１に記載の発光
    装置。
  4. 【請求項４】 前記基体がポリアミド系樹脂の基板から
    なる、請求項１に記載の発光装置。
  5. 【請求項５】 前記半導体発光素子が５００ｎｍ以下の
    波長領域に発光ピークを有する、請求項１〜４のいずれ
    かに記載の発光装置。
  6. 【請求項６】 前記ポリアミド系樹脂が芳香族ナイロン
    樹脂である、請求項１〜５のいずれかに記載の発光装
    置。
  7. 【請求項７】 前記シリコーンがエポキシ基を有する、
    請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
  8. 【請求項８】 前記シリコーンがエポキシ基を側鎖に有
    する、請求項１〜７のいずれかに記載の発光装置。
  9. 【請求項９】 前記半導体発光素子が４００ｎｍ以下の
    波長領域に発光ピークを有する、請求項１〜８のいずれ
    かに記載の発光装置。
  10. 【請求項１０】 前記ポリアミド系樹脂が光反射性フィ
    ラーを含有する、請求項１〜９のいずれかに記載の発光
    装置。
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