JP2004303945A - 発光ダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板2の凹部20内の底面に搭載された半導体発光装置4の周囲が、蛍光体12を含むとともに表面を平面状に形成された樹脂層5で覆われている発光ダイオード1において、凹部20と樹脂層5の界面は、硬化する前の樹脂層5を充填した状態で凹部20の開口部3を下方に向けたときに、硬化する前の樹脂層5が零れない大きさの界面張力を有し、樹脂層5は、凹部20の底面から開口部3に向かって、蛍光体12の濃度が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする発光ダイオード1としたものであり、硬化する前の樹脂層5を凹部20に充填し、凹部20の開口部3を下方に向けることにより蛍光体12が開口部3側に移動するので、蛍光体12の濃度勾配を形成した状態で固化させることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置を樹脂層で覆って形成した発光ダイオードに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体発光装置の周囲を、蛍光体を含む樹脂層で覆い、半導体発光装置から出射される紫外光や可視光によって、蛍光体を励起(低いエネルギー状態から高いエネルギー状態へ電子の軌道が変わること)させて発光させる方式の発光ダイオードが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この蛍光体は、比重が大きいため、樹脂層が硬化するまでに下方に沈殿しやすく、例えば、上方に開口した金型を用いて砲弾形の樹脂層を形成した場合には、砲弾形の樹脂層の先端付近に蛍光体が溜まりやすくなる。砲弾形の樹脂層の先端は、半導体発光素子から離れた位置にあるため、上方に向かう光は蛍光体の濃度が高い部分を通過するが、側方に向かう光は蛍光体の濃度が低い部分を通過することになり、輝度むらが発生するという欠点がある。
【0004】
特許文献1では、このような問題点を改善するために、基板の表面に搭載した半導体発光装置を覆うように、下方に開口した金型を密閉状態で被せて、この中に蛍光体を混入させた樹脂を充填し、蛍光体が樹脂層の下側(基板側)に溜まるように構成して、基板実装型の発光ダイオードを製造している。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−124507号公報 (第2−3、6頁、第9−10,34,37−38図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板実装型の発光ダイオードは、近年薄型化が要求されており、半導体発光素子の表面を覆う樹脂層の厚みも非常に薄くなっている。ここで、特許文献1に記載された半導体発光装置によると、蛍光体が樹脂層の周囲に集まると記載されているが、樹脂層の厚みが薄い場合には、半導体発光装置の側方の発光層より下側レベルに蛍光体が溜まり、発光層の表面側には、蛍光体が少ない状態になる。特に、凹部内に半導体発光素子を配置する場合のように、半導体発光素子に対して広い範囲に樹脂層を形成するときには、半導体発光素子の表面の蛍光体が非常に少なくなってしまうため、期待した色度を得ることができないという問題がある。
【0007】
また、蛍光体の量を増やすためには、上面の厚みを増やさなければならず、薄型化の要求に応えることができないという問題がある。
【0008】
また、樹脂層を製造するときには金型を用いると、成型作業が大掛かりになり、手間もかかるという問題がある。
【0009】
そこで本発明は、薄型に形成して所定の色度を得ることができ、簡単に製造できる発光ダイオードおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオードにおいては、基材の凹部内の半導体発光装置の周囲に樹脂層を形成し、この樹脂層を、内部の蛍光体の濃度が、底面側から表面側に向かって、徐々に高くなるように形成した発光ダイオードとしたものである。
【0011】
この発明によれば、薄型に形成して所定の色度を得ることができ、簡単に製造できる発光ダイオードおよびその製造方法が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含んだ樹脂層で覆われている発光ダイオードにおいて、前記凹部と前記樹脂層の界面は、硬化する前の前記樹脂層を充填した状態で前記凹部の開口部を下方に向けたときに、硬化する前の前記樹脂層が零れない大きさの界面張力を有し、前記樹脂層は、前記凹部の底面から開口部に向かって、前記蛍光体の濃度が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする発光ダイオードとしたものであり、樹脂層が硬化した後、半導体発光装置から出射される光は、すべて蛍光体の濃度が高い部分を通過して出射されるという作用を有する。
【0013】
樹脂層を形成するときには、硬化する前の樹脂層を凹部に充填し、凹部の開口部を下方に向けることにより蛍光体が開口部側に移動するので、金型を用いずに、蛍光体の濃度勾配を形成することができる。なお、基材には、基板やリードフレームを含む。また、凹部の形状は、半導体発光装置を搭載できる底面を備えた非貫通孔であればよく、断面形状が溝形の他、U字状、円弧状、台形状、V字状のものも含まれる。
【0014】
請求項2に記載の発明は、前記樹脂層には透光性を有する拡散材が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードとしたものであり、蛍光体の濃度が高くなりすぎて、半導体発光装置の発光面から出射された光を遮断することを防止するという作用を有する。
【0015】
請求項3に記載の発明は、前記基材および前記樹脂層の表面には、透光性樹脂からなるレンズが形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の発光ダイオードとしたものであり、半導体発光装置から出射される光を樹脂層によって均一に変換してから集光するという作用を有する。
【0016】
請求項4に記載の発明は、基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含む樹脂層で覆われている発光ダイオードの製造方法において、前記蛍光体を、流動性を有する樹脂に混入させて充填剤を形成し、前記充填剤を前記凹部内に上方から滴下して、前記半導体発光装置を覆うように充填した後、前記基材を、前記凹部の開口部が下方に開口するように配置して、前記樹脂層を硬化させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法としたものであり、金型を用いずに樹脂層を形成することができるという作用を有する。また、上下を逆にして硬化させるので、充填剤を充填した後に、上下を逆に配置するまでの時間を調整することにより、蛍光体の濃度勾配を自由に調整することができるという作用を有する。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、図1および図2を用いて説明する。
【0018】
図1は本発明の発光ダイオードの側断面図、図2は同発光ダイオードの斜視図である。図1、図2に示すように、発光ダイオード1は、凹部20を備えた基材の一例である基板2と、凹部20内に、凹部20の開口部3から突出しない状態で搭載された半導体発光装置4と、凹部20内に半導体発光装置4の周囲を覆って充填した充填剤を硬化させて形成した樹脂層5とを備えている。凹部20は、平面視して小判形かつ断面溝形に形成されている。
【0019】
基板2は逆T字状に形成され、凹部20は、縦置きされた基板2の上側に形成されている。また、凹部20の大きさは、半導体発光装置4を収納して搭載できる大きさに形成されている。
【0020】
半導体発光装置4は、電極パターンをその表面に形成した矩形の絶縁基板9と、N電極およびP電極(図示せず)を凹部20の底面6側に向けて配置して、絶縁基板9の電極パターン上にバンプを介してフリップチップ接続された半導体発光素子10とを有している。
【0021】
絶縁基板9上の電極パターンはワイヤ17を介して基板2の表面7の電極15,16に電気的に接続される。
【0022】
硬化して樹脂層5を形成する充填剤は、例えば、熱硬化型の樹脂11に蛍光体12および透光性の拡散材13を混入したもので、蛍光体12および拡散材13の比重は、樹脂11の比重より大きく設定されている。また、粒状に形成された拡散材13の大きさは、粒状の蛍光体12より大きく形成されている。
【0023】
かかる構成によって、充填剤を所定容器に充填して放置しておくと、拡散材13および蛍光体12が下方に沈降し、樹脂11は拡散材13および蛍光体12の隙間に充填されるとともに、拡散材13および蛍光体12の上方を覆った状態に分離する。なお、蛍光体12と樹脂11のみの場合には、蛍光体12が最下層に密集するが、拡散材13を投入することにより、蛍光体12を、上方から下方に向かって徐々に濃度が高くなるようにして、樹脂11内に分散することができる。
【0024】
凹部20と樹脂層5との界面は、充填剤を充填した状態で凹部20の開口部3を下方に向けたときに、充填剤が零れない大きさの界面張力を有している。開口部3を下方に向けた状態で、充填剤を硬化させ樹脂層5を形成することによって、樹脂層5中の蛍光体12の濃度が、凹部20の底面6から開口部3に向かって徐々に高くなるように形成している。
【0025】
基板2および樹脂層5の表面には、その光軸を、半導体発光素子10の光軸に合わせた透光性樹脂からなるレンズ14が形成されている。また、レンズ14は、基板2の下部に形成された脚部18および基板2の中央部を覆ってワイヤ17を保護する保護部19とともに一体的に形成されている。
【0026】
発光ダイオード1に通電すると、半導体発光素子10の発光面から光が出射される。表面側(レンズ14側)に出射した光は、樹脂層5内の濃度が高い蛍光体12に当たってこれを励起させる。半導体発光素子10から出射された光と、励起された蛍光体から出射された光は、拡散材13内を通過して、レンズ14内に入射し、レンズ14の表面で集光されて外側に出射される。
【0027】
樹脂層5の表面側の蛍光体12の濃度を高くしたので、半導体発光素子10から出射された光によって、蛍光体12を効率よく励起することができ、均一な色度で、輝度が高い光を取り出すことができる。
【0028】
次に発光ダイオード1の製造手順について説明する。
【0029】
(充填剤混合)
流動性を有する樹脂11に蛍光体12と拡散材13を混合する。従来のように、蛍光体12が底面6側に溜まる場合には、蛍光体12を半導体発光素子10の表面側に拡散させるために、拡散材13の量を多くする必要があるが、拡散材13の量が多くなると蛍光体12の濃度が薄くなるため、樹脂層全体の厚みを厚く形成しなければならない。本実施の形態においては、表面側の蛍光体12の濃度が高くなるように構成しているので、光透過性を損なわない程度まで拡散材13の量を減らすことができ、蛍光体12の濃度を高くし、樹脂層の厚みを薄くすることが可能となる。
【0030】
(半導体発光装置の搭載)
基板2を、凹部20の開口部3が上方に向くように配置して、凹部20内の底面6上に半導体発光装置4をダイボンディングし、ワイヤ17を用いて、半導体発光装置4の電極パターンと、表面7の電極15を導通接続する。
【0031】
(ポッティング)
基板2を、凹部20の開口部3が上方に向くように配置し、凹部20内に上方から充填剤を滴下する。充填剤の量は、半導体発光装置4の底面を除く全面を覆って、表面が基板2の表面7と同じレベルになる量に設定している。
【0032】
(硬化)
基板2を、凹部20の開口部3を下方に向けて、加熱用ラック(図示せず)のスロットに挿入して多段に配置し、恒温槽に入れて所定時間加熱し、樹脂層5を硬化させる。凹部20の開口部3を下方に向けて硬化させるので、拡散材13および蛍光体12は開口部3側に沈殿し、表面側の濃度が高くなる。
【0033】
また、充填剤と凹部20との間には界面張力が働いているので、開口部3を下方に向けたときに充填剤が零れることはない。
【0034】
(レンズ形成)
基板2を成形用金型にセットし、エポキシ樹脂等の透光性樹脂により、レンズ14、脚部18および保護部19を成形する。
【0035】
このような手順で発光ダイオード1を製造することができる。
【0036】
なお、樹脂層5は、本実施の形態においては、平面状に形成しているが、界面張力を利用して、開口部3から外側に円弧状に突出させた球面状凸部を形成することも可能である。また、逆に球面状凹部を形成することも可能である。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含んだ樹脂層で覆われている発光ダイオードにおいて、凹部と前記樹脂層の界面は、凹部の開口部を下方に向けたときに、硬化する前の樹脂層が零れない大きさの界面張力を有し、樹脂層は、凹部の底面から開口部に向かって、蛍光体の濃度が徐々に高くなるように形成されているので、半導体発光装置の表側に向かう光は、蛍光体の濃度が高い部分を通過することになり、薄型に形成して所定の色度を得ることができる。
【0038】
樹脂層に透光性を有する拡散材を含めると、蛍光体の濃度が高くなりすぎて、半導体発光装置の発光面から出射された光を遮断することを防止し、所定の色度を得ることができる。
【0039】
基板および樹脂層の表面に、透光性樹脂からなるレンズを設けると、半導体発光装置から出射される光を集光して、輝度を向上させることができる。
【0040】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、蛍光体を、流動性を有する樹脂に混入させて充填剤を形成し、充填剤を凹部内に上方から滴下して、半導体発光装置を覆うように充填した後、基材を、凹部の開口部が下方に開口するように配置して、樹脂層を硬化させるので、金型を用いずに簡単に製造でき、蛍光体の濃度勾配を簡単に形成し、装置を薄型に形成して所定の色度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光ダイオードの側断面図
【図2】同発光ダイオードの斜視図
【符号の説明】
1 発光ダイオード
2 基板
3 開口部
4 半導体発光装置
5 樹脂層
6 底面
7 表面
9 絶縁基板
10 半導体発光素子
11 樹脂
12 蛍光体
13 拡散材
14 レンズ
15 電極
16 電極
17 ワイヤ
18 脚部
19 保護部
20 凹部
Claims (4)
- 基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含んだ樹脂層で覆われている発光ダイオードにおいて、
前記凹部と前記樹脂層の界面は、硬化する前の前記樹脂層を充填した状態で前記凹部の開口部を下方に向けたときに、硬化する前の前記樹脂層が零れない大きさの界面張力を有し、
硬化した前記樹脂層は、前記凹部の底面から開口部に向かって、前記蛍光体の濃度が徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする発光ダイオード。 - 前記樹脂層には透光性を有する拡散材が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード。
- 前記基材および前記樹脂層の表面には、透光性樹脂からなるレンズが形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の発光ダイオード。
- 基材の凹部内の底面に搭載された半導体発光装置の周囲が、蛍光体を含む樹脂層で覆われている発光ダイオードの製造方法において、
前記蛍光体を、流動性を有する樹脂に混入させて充填剤を形成し、
前記充填剤を前記凹部内に上方から滴下して、前記半導体発光装置を覆うように充填した後、前記基材を、前記凹部の開口部が下方に開口するように配置して、前記樹脂層を硬化させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
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JP2003094951A JP2004303945A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
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JP2003094951A JP2004303945A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
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Cited By (2)
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JP2009117831A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Innolux Display Corp | 発光ダイオード |
US9076937B2 (en) | 2012-03-19 | 2015-07-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitting device and method for manufacturing the same |
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2003
- 2003-03-31 JP JP2003094951A patent/JP2004303945A/ja active Pending
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US9076937B2 (en) | 2012-03-19 | 2015-07-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitting device and method for manufacturing the same |
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