JP2004335920A - 面実装型led及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、簡単な構成により、製品形状による条件管理が不要であると共に、光の利用効率が向上するようにした面実装型LEDを提供することを目的とする。
【解決手段】基板11と、基板上のチップ実装部11aに実装されたLEDチップ12と、LEDチップの周りを包囲する枠状部材13と、枠状部材のLEDチップを収容する凹陥部内に充填される透明樹脂部14と、を含んでおり、上記基板が、チップ実装部に凹部11dを備えており、LEDチップが、LEDチップの側面にて、側部蛍光体層15aとしての蛍光体を混入した透明樹脂により基板のチップ実装部に対して固定保持されると共に、上記チップ実装部の凹部内に、下部蛍光体層15bとしての蛍光体を混入した透明樹脂が充填されており、LEDチップからの出射光により蛍光体を励起させて、出射光と励起光との混色光を外部に出射するように、面実装型LED10を構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】基板11と、基板上のチップ実装部11aに実装されたLEDチップ12と、LEDチップの周りを包囲する枠状部材13と、枠状部材のLEDチップを収容する凹陥部内に充填される透明樹脂部14と、を含んでおり、上記基板が、チップ実装部に凹部11dを備えており、LEDチップが、LEDチップの側面にて、側部蛍光体層15aとしての蛍光体を混入した透明樹脂により基板のチップ実装部に対して固定保持されると共に、上記チップ実装部の凹部内に、下部蛍光体層15bとしての蛍光体を混入した透明樹脂が充填されており、LEDチップからの出射光により蛍光体を励起させて、出射光と励起光との混色光を外部に出射するように、面実装型LED10を構成する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LEDチップからの光を蛍光体層を介して出射させて、LEDチップからの光と蛍光体層からの蛍光とを混色させて、外部に出射するようにした面実装型LEDに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような白色LEDとして、青色LEDチップからの光を蛍光体層で黄色光に変換して、青色LEDチップからの青色光と混色することにより、外部に白色光を出射するようにした白色LEDが知られている。
このような白色LEDは、例えば図4に示すように構成されている。
即ち、図4において、白色LED1は、チップ基板2と、チップ基板2上に実装された青色LEDチップ3と、チップ基板2上にて青色LEDチップ3を包囲するように形成された蛍光体を混入した樹脂から成る蛍光体層4と、から構成されている。
【0003】
上記チップ基板2は、平坦な配線基板として構成されており、その表面にチップ実装ランド及びその両側の電極ランド(図示せず)を備えている。
そして、チップ基板2は、そのチップ実装ランド上に青色LEDチップ3が例えば銀ペースト2aを使用してダイボンディングにより固定されると共に、その上面に設けられた二つの電極がそれぞれ両側に隣接する電極ランドに対してボンディングワイヤ3aにより電気的に接続されるようになっている。
上記青色LEDチップ3は、例えばGaN系の公知の構成のものであって、上面に二つの電極を備えており、これらの電極間に駆動電圧が印加されたとき青色光を出射するように構成されている。
【0004】
上記蛍光体層4は、微粒子状の蛍光体4aを混入した例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、所望のレンズ形状となるように、上記チップ基板2上に載置され、硬化されている。
そして、この蛍光体層4に、青色LEDチップ3からの青色光が入射することにより、蛍光体4aが励起され、蛍光体4aから黄色光を発生させると共に、これらの混色光が、蛍光体層4のレンズ効果により、集束または発散して外部に出射するようになっている。
【0005】
このような構成の白色LED1によれば、青色LEDチップ3に駆動電圧が印加されると、青色LEDチップ3が発光し、この光が蛍光体層4に混入された蛍光体4aに入射することにより、蛍光体4aが励起されて黄色光を発生させる。そして、白色LED1は、この黄色光を、青色LEDチップ3からの青色光と混色させることにより、白色光として、外部に出射させることになる。
【0006】
しかしながら、このような構成の白色LED1においては、蛍光体層4が比較的大きくなってしまい、光の出射方向によって、蛍光体層4を通過する光路長にバラツキが発生することから、青色光と黄色光の混色比率が異なることになり、色ムラが生じてしまう。
また、蛍光体層4内の蛍光体4aによって光が散乱することになるため、高輝度の白色光を得ることが困難になってしまう。
さらに、製品形状によって蛍光体層4の形状が異なることになるため、所望の白色光を得るためには、製品毎に蛍光体層4の寸法や蛍光体4aの混入量等の条件管理が必要になり、コストが高くなってしまう。
【0007】
これに対して、蛍光体層を小さくした白色LEDとして、例えば図5や図6に示すように構成された白色LEDも知られている。
まず、図5において、白色LED5は、同様にチップ基板2と、チップ基板2上に例えば銀ペーストによるダイボンディングにより実装された青色LEDチップ3と、さらにチップ基板2上にて青色LEDチップ3の周りに形成された枠状部材6と、枠状部材6内にて下方にポッティング等により比較的薄く注入された蛍光体層4と、その上に充填された透明樹脂層7と、から構成されている。
【0008】
このような構成の白色LED5によれば、同様にして、青色LEDチップ3からの青色光が蛍光体層4の蛍光体4aに入射して、黄色の蛍光が発生し、この黄色光と青色光が混色されることにより、透明樹脂層7を介して外部に白色光が出射することになる。
この場合、光の出射方向に関して、蛍光体層4を通過する光路長のバラツキが比較的少なくなるので、色ムラの発生が抑制されることになる。
【0009】
また、図6においては、白色LED8は、同様にチップ基板2と、チップ基板2上に蛍光体層4を接着剤として実装された青色LEDチップ3と、枠状部材6と、さらに青色LEDチップ3の上面に配置された反射メタル9と、枠状部材6内に充填された透明樹脂層7と、から構成されている。
ここで、上記蛍光体層4は、青色LEDチップ3の側面を覆うように塗布され、硬化されるようになっている。
【0010】
このような構成の白色LED8によれば、同様にして、青色LEDチップ3からの青色光が、青色LEDチップ3の側面に塗布された蛍光体層4の蛍光体4aに入射して、黄色の蛍光が発生し、この黄色光と青色光が混色されることにより、透明樹脂層7を介して外部に白色光が出射することになる。
その際、青色LEDチップ3から上方に向かって出射する青色光は、その上面に配置された反射メタル9により反射され、再び青色LEDチップ3内に戻される。
この場合、同様にして、光の出射方向に関して、蛍光体層4を通過する光路長のバラツキが比較的少なくなるので、色ムラの発生が抑制されることになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の白色LED5,8においては、以下のような問題がある。
即ち、白色LED5においては、前述した図4に示す白色LED1と同様にして、製品形状による蛍光体層4の形状のバラツキがあることから、所望の白色光を得るためには、製品毎に蛍光体層4の寸法や蛍光体4aの混入量等の条件管理が必要になり、特に蛍光体層4のポッティング量の管理が困難であると共に、コストが高くなってしまう。
【0012】
また、白色LED8においては、蛍光体層4の量は容易に管理できるものの、青色LEDチップ3の上面に反射メタル9を配置することから、青色LEDチップ3から上方に向かって出射する光が反射メタル9で反射されて、青色LEDチップ3の側面のみから光が出射することになる。このため、青色LEDチップ3からの光の利用効率が比較的低くなってしまい、白色LED8から外部に出射される白色光が暗くなってしまう。さらに、蛍光体層4の蛍光体4aの量が比較的少ないことから、十分な蛍光を取り出すことができない。
【0013】
このような問題は、青色LEDチップだけでなく、他の色を発光するLEDチップからの光と蛍光体の励起光の混色光である他の色の光を出射するLEDにおいても、またチップ基板の代わりにリードフレームを使用したLEDにおいても、同様に存在する。
【0014】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、製品形状による条件管理が不要であると共に、光の利用効率が向上するようにした、面実装型LEDを提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、基板と、基板上のチップ実装部に実装されたLEDチップと、LEDチップの周りを包囲する枠状部材と、枠状部材のLEDチップを収容する凹陥部内に充填される透明樹脂部と、を含んでおり、上記基板が、チップ実装部に凹部を備えており、LEDチップが、LEDチップの側面にて、側部蛍光体層としての蛍光体を混入した透明樹脂により基板のチップ実装部に対して固定保持されると共に、上記チップ実装部の凹部内に、下部蛍光体層としての蛍光体を混入した透明樹脂が充填されており、LEDチップからの出射光により蛍光体を励起させて、出射光と励起光との混色光を外部に出射することを特徴とする、面実装型LEDにより、達成される。
【0016】
本発明による面実装型LEDは、好ましくは、上記基板が、表面に導電パターンによるチップ実装部を備えた配線基板であって、上記凹部が、チップ実装部の導電パターンを部分的に除去することにより形成されている。
【0017】
本発明による面実装型LEDは、好ましくは、上記基板が、複数のリードフレームにより構成されており、上記凹部が、リードフレームの間の間隙により形成されている。
【0018】
本発明による面実装型LEDは、好ましくは、上記LEDチップが、青色LEDチップである。
【0019】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、チップ実装部の周りを包囲する枠状部材を備えた基板のチップ実装部上に、蛍光体を混入した透明樹脂を塗布する第一の段階と、基板のチップ実装部上にLEDチップを載置して、ダイボンディングによりLEDチップをチップ実装部に固定保持させる第二の段階と、LEDチップの電極と、基板上の電極部との間をワイヤボンディングにより電気的に接続する第三の段階と、上記枠状部材のLEDチップを収容した凹陥部内に透明樹脂を充填する第四の段階と、を含んでおり、上記第一の段階にて、チップ実装部の凹部内にも蛍光体を混入した透明樹脂を充填して下部蛍光体層を形成することを特徴とする、面実装型LEDの製造方法により、達成される。
【0020】
上記構成によれば、LEDチップに駆動電流が流れることにより、LEDチップから光が出射する。そして、LEDチップから出射した光のうち、LEDチップの側面から出射した光が、LEDチップの側面に位置する側部蛍光体層に入射する。これにより、側部蛍光体層内に入射した光が側部蛍光体層内の蛍光体に当たって、蛍光体が励起され、波長変換されることにより、励起光を発生し、LEDチップからの光と混色されることにより、混色光となって、側部蛍光体層から透明樹脂部に出射する。
【0021】
また、LEDチップの下面から出射した光が、LEDチップの下方にてチップ実装部の凹部内に位置する下部蛍光体層に入射する。これにより、下部蛍光体層内に入射した光が蛍光体層内の蛍光体に当たって、蛍光体が励起され、波長変換されることにより、励起光を発生し、下部蛍光体層から再びLEDチップ内に入射する。そして、同様に、この励起光がLEDチップからの光と混色されることにより、混色光となって、LEDチップを透過して上面から透明樹脂部に出射する。
【0022】
従って、LEDチップからの光と側部蛍光体層及び下部蛍光体層内の蛍光体による励起光が混色されることにより、混色光例えば白色光となって、透明樹脂部の上面から外部に出射する。その際、LEDチップから上下方向に出射する光も、一方で下部蛍光体層にて蛍光体による励起光となって、再びLEDチップに入射し、LEDチップを透過することにより、また他方でLEDチップ上面から直接透明樹脂部に入射し、透明樹脂部の上面から外部に出射することになるので、光の利用効率が向上する。
【0023】
この場合、LEDチップの側面及び下面から出射した光がそれぞれ側部蛍光体層及び下部蛍光体層にて蛍光体を励起させて、十分な蛍光を取り出すことができる。そして、この励起光とLEDチップからの光の混色光を外部に出射させることにより、LEDチップからの光の利用効率を高めることができると共に、蛍光体層の量も容易に管理することができる。
また、光の出射方向に関して、側部蛍光体層及び下部蛍光体層を通過する光路長のバラツキが比較的少なくなるので、色ムラの発生が抑制されることになる。
【0024】
上記基板が、表面に導電パターンによるチップ実装部を備えたチップ基板であって、上記凹部が、チップ実装部の導電パターンを部分的に除去することにより形成されている場合には、導電パターンを利用したチップ基板によるLEDが構成されることになる。
【0025】
上記基板が、複数のリードフレームにより構成されており、上記凹部が、リードフレームの間の間隙により形成されている場合には、リードフレームを利用したLEDが構成されることになる。
【0026】
上記LEDチップが、青色LEDチップである場合には、青色LEDチップからの青色光が、側部蛍光体層及び下部蛍光体層内の蛍光体による励起光(例えば黄色光)と混色されることにより、白色光となり、透明樹脂部を介して外部に出射させることができる。
【0027】
このようにして、本発明によれば、LEDチップから出射した光のうち、側方及び下方に出射した光が、それぞれ側部蛍光体層及び下部蛍光体層内で蛍光体を励起することにより、この励起光がLEDチップからの青色光と混色され、混色光が透明樹脂部の上面から外部に出射することになる。
従って、蛍光体層の量も少なく、蛍光体層内の蛍光体による光の散乱が抑制されることと相まって、高輝度の光を外部に出射させることができる。
さらに、蛍光体層の厚さが比較的薄いことから、光の出射方向によって、蛍光体層を通過する光路長のバラツキが小さく、色ムラの発生が低減され得る。
また、蛍光体層の量は、下部蛍光体層については、チップ実装部の凹部の容量により決まることになり、また側部蛍光体層については、蛍光体を混入した透明樹脂の塗布量により決まることになるので、容易に管理することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図1乃至図3を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0029】
図1及び図2は、本発明による面実装型白色LEDの一実施形態の構成を示している。
図1において、面実装型白色LED10は、チップ基板11と、チップ基板11上に実装された青色LEDチップ12と、チップ基板11上にて青色LEDチップ12の周りに形成された枠状部材13と、枠状部材13内に充填された透明樹脂部14と、から構成されている。
【0030】
上記チップ基板11は、例えばガラスエポキシ樹脂板の表面に金属メッキを施し、パターンエッチング等により導電パターンを形成した配線基板から構成されており、導電パターンによりチップ実装部11a及び二つの電極部11b,11cを備えている。
さらに、上記チップ基板11は、上記チップ実装部11aに凹部11dを備えている。この凹部11dは、導電パターン形成の際に同時にエッチング等により形成され得る。
【0031】
上記青色LEDチップ12は、例えばGaN系の公知の構成のものであって、順方向に駆動電流が流れると、例えば主波長が500nm以下の青色光を出射するように構成されている。
尚、上記青色LEDチップ12は、その上面に二つの電極(図示せず)を備えており、これらの電極がそれぞれ上記チップ基板11の電極部11b,11cに対してワイヤボンディングによって電気的に接続されるようになっている。
【0032】
また、上記青色LEDチップ12は、蛍光体を混入した透明樹脂15が塗布されたチップ実装部12aに載置されることにより、チップ実装部12aに対してダイボンディングにより固定保持されるようになっている。
その際、透明樹脂15は、青色LEDチップ12の際により青色LEDチップ12の各側縁からはみだして、青色LEDチップ12の側面に沿って這い上がって硬化することにより、青色LEDチップ12の側面を覆う側部蛍光体層15aを構成すると共に、チップ実装部11aの凹部11d内に進入し、硬化することにより、下部蛍光体層15bを構成するようになっている。
【0033】
上記枠状部材13は、内側に上下に貫通する凹陥部13aを画成するように、上方に向かって拡るように傾斜した内壁を備えており、チップ基板11上に配置されることにより、凹陥部13aが青色LEDチップ12を包囲するようになっている。
【0034】
上記透明樹脂部14は、青色LEDチップ12からの青色光及び蛍光体層15a,15bからの励起光に対して透光性を備える透明樹脂から構成されており、上記枠状部材13の凹陥部13a内に充填され、硬化されることにより形成されている。
【0035】
本発明実施形態による面実装型白色LED10は、以上のように構成されており、製造の際には、以下のようにして製造される。
即ち、まず、チップ基板11のチップ実装部11a上に、枠状部材13が載置され、接着等により固定保持される。
次に、チップ基板11のチップ実装部11a上に、蛍光体を混入した透明樹脂15が塗布される。このとき、透明樹脂15は、チップ実装部11aの凹部11d内にも十分に充填される。
【0036】
続いて、チップ実装部11a上に、青色LEDチップ12が載置される。これにより、青色LEDチップ12は、透明樹脂15の硬化によって、チップ実装部11a上にダイボンディングにより固定保持されることになる。
ここで、青色LEDチップ12の載置の際に、透明樹脂15が青色LEDチップ12の各側縁からはみだして、青色LEDチップ12の側面に沿って這い上がる。これにより、透明樹脂15の硬化後に、青色LEDチップ12の各側面を覆う側部蛍光体層15aが構成されることになる。
また、チップ実装部11aの凹部d内に充填された透明樹脂15が硬化して、青色LEDチップ12の下方に位置する下部蛍光体層15bが構成されることになる。
【0037】
その後、青色LEDチップ12の上面の二つの電極が、ボンディングワイヤ12aにより、チップ基板11上の二つの電極部11b,11cに対して電気的に接続される。
最後に、枠状部材13の凹陥部13a内に、透明樹脂が充填され、硬化されることにより、透明樹脂部14が形成され、面実装型LED10が完成する。
【0038】
このような構成の面実装型LED10によれば、チップ実装部11aの各電極部11b,11cからボンディングワイヤ12aを介して青色LEDチップ12に駆動電圧が印加されることにより、青色LEDチップ12が駆動され、青色LEDチップ12から青色光が出射する。
そして、青色LEDチップ12から出射する光のうち、青色LEDチップ12の側面から出射する光L1(図3参照)は、側部蛍光体層15aに入射し、また青色LEDチップ12の下面から出射する光L2(図3参照)は、下部蛍光体層15bに入射する。
【0039】
これにより、側部蛍光体層15aに混入された蛍光体は、青色LEDチップ12からの青色光L1によって励起され、波長変換されることにより、励起光として黄色光を発生する。そして、この黄色光は、青色LEDチップ12からの青色光と混色され、白色光となって、透明樹脂部14を通って、透明樹脂部14の上面から外部に出射することになる。
また、下部蛍光体層15bに混入された蛍光体は、青色LEDチップ12からの青色光L2によって励起され、波長変換されることにより、励起光として黄色光を発生する。そして、この黄色光は、青色LEDチップ12からの青色光L2と混色され、白色光となって、透明樹脂部14を通って、透明樹脂部14の上面から外部に出射することになる。
【0040】
このようにして、本発明実施形態による面実装型白色LED10によれば、青色LEDチップ12からの青色光は、青色LEDチップ12の側面だけでなく、下面から出射する光も、下部蛍光体層15bで蛍光体による励起光に変換され、青色LEDチップ12からの青色光と混色されて外部に出射されることになるので、青色LEDチップ12からの青色光の利用効率が向上することになり、より明るい白色光となって外部に出射することになる。
【0041】
その際、青色LEDチップ12からの青色光を励起して黄色光に変換する蛍光体を混入した透明樹脂15が、青色LEDチップ12の側方及び下方に配置されている。これにより、透明樹脂15の量が比較的少なくて済み、側部蛍光体層15a及び下部蛍光体層15b内における蛍光体による青色光の無用な散乱、所謂レーリー散乱が排除されることになり、青色光が効率的に黄色光に変換されることになると共に、蛍光体の使用量が低減され、蛍光体を混入した透明樹脂15そして面実装型白色LED10の材料コストが低減され得ることになる。
【0042】
さらに、透明樹脂15の塗布量は、側部蛍光体層15aの青色LEDチップ12の側面における這い上がり量や、青色LEDチップ12の大きさを考慮して決定され得ると共に、透明樹脂部14の形状等の影響を受けないので、容易に管理され得ることになる。
【0043】
上述した実施形態においては、枠状部材13を備えるように構成されているが、これに限らず、他のパッケージタイプの面実装型LEDにも本発明を適用し得ることは明らかである。
また、上述した実施形態においては、発光光源として、青色LEDチップ12を使用しているが、これに限らず、他の色の光を出射するLEDチップであってもよい。
さらに、上述した実施形態においては、基板としてチップ基板11が使用されているが、これに限らず、基板としてリードフレームを使用することも可能である。この場合、チップ実装部の凹部は、リードフレームの間の間隙により容易に画成することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、LEDチップから出射した光のうち、側方及び下方に出射した光が、それぞれ側部蛍光体層及び下部蛍光体層内で蛍光体を励起することにより、この励起光がLEDチップからの青色光と混色され、混色光が透明樹脂部の上面から外部に出射することになる。
従って、蛍光体層の量も少なく、蛍光体層内の蛍光体による光の散乱が抑制されることと相まって、高輝度の光を外部に出射させることができる。
【0045】
さらに、蛍光体層の厚さが比較的薄いことから、光の出射方向によって、蛍光体層を通過する光路長のバラツキが小さく、色ムラの発生が低減され得る。
また、蛍光体層の量は、下部蛍光体層については、チップ実装部の凹部の容量により決まることになり、また側部蛍光体層については、蛍光体を混入した透明樹脂の塗布量により決まることになるので、製品形状特に透明樹脂部の形状による条件管理が不要となり、容易に管理することができる。
【0046】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、製品形状による条件管理が不要であると共に、光の利用効率が向上するようにした、極めて優れた面実装型LEDが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による面実装型白色LEDの一実施形態を示す概略断面図である。
【図2】図1の面実装型白色LEDを示す概略平面図である。
【図3】図1の面実装型白色LEDにおける発光状態を示す概略断面図である。
【図4】従来の面実装型白色LEDの一例の構成を示す概略断面図である。
【図5】従来の面実装型白色LEDの他の例の構成を示す概略断面図である。
【図6】従来の面実装型白色LEDのさらに他の例の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
10 面実装型白色LED
11 チップ基板
11a チップ実装部
11b,11c 電極部
11d 凹部
12 青色LEDチップ
12a ボンディングワイヤ
13 枠状部材
14 透明樹脂部
15 透明樹脂(蛍光体混入)
15a 側部蛍光体層
15b 下部蛍光体層
【発明の属する技術分野】
本発明は、LEDチップからの光を蛍光体層を介して出射させて、LEDチップからの光と蛍光体層からの蛍光とを混色させて、外部に出射するようにした面実装型LEDに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような白色LEDとして、青色LEDチップからの光を蛍光体層で黄色光に変換して、青色LEDチップからの青色光と混色することにより、外部に白色光を出射するようにした白色LEDが知られている。
このような白色LEDは、例えば図4に示すように構成されている。
即ち、図4において、白色LED1は、チップ基板2と、チップ基板2上に実装された青色LEDチップ3と、チップ基板2上にて青色LEDチップ3を包囲するように形成された蛍光体を混入した樹脂から成る蛍光体層4と、から構成されている。
【0003】
上記チップ基板2は、平坦な配線基板として構成されており、その表面にチップ実装ランド及びその両側の電極ランド(図示せず)を備えている。
そして、チップ基板2は、そのチップ実装ランド上に青色LEDチップ3が例えば銀ペースト2aを使用してダイボンディングにより固定されると共に、その上面に設けられた二つの電極がそれぞれ両側に隣接する電極ランドに対してボンディングワイヤ3aにより電気的に接続されるようになっている。
上記青色LEDチップ3は、例えばGaN系の公知の構成のものであって、上面に二つの電極を備えており、これらの電極間に駆動電圧が印加されたとき青色光を出射するように構成されている。
【0004】
上記蛍光体層4は、微粒子状の蛍光体4aを混入した例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、所望のレンズ形状となるように、上記チップ基板2上に載置され、硬化されている。
そして、この蛍光体層4に、青色LEDチップ3からの青色光が入射することにより、蛍光体4aが励起され、蛍光体4aから黄色光を発生させると共に、これらの混色光が、蛍光体層4のレンズ効果により、集束または発散して外部に出射するようになっている。
【0005】
このような構成の白色LED1によれば、青色LEDチップ3に駆動電圧が印加されると、青色LEDチップ3が発光し、この光が蛍光体層4に混入された蛍光体4aに入射することにより、蛍光体4aが励起されて黄色光を発生させる。そして、白色LED1は、この黄色光を、青色LEDチップ3からの青色光と混色させることにより、白色光として、外部に出射させることになる。
【0006】
しかしながら、このような構成の白色LED1においては、蛍光体層4が比較的大きくなってしまい、光の出射方向によって、蛍光体層4を通過する光路長にバラツキが発生することから、青色光と黄色光の混色比率が異なることになり、色ムラが生じてしまう。
また、蛍光体層4内の蛍光体4aによって光が散乱することになるため、高輝度の白色光を得ることが困難になってしまう。
さらに、製品形状によって蛍光体層4の形状が異なることになるため、所望の白色光を得るためには、製品毎に蛍光体層4の寸法や蛍光体4aの混入量等の条件管理が必要になり、コストが高くなってしまう。
【0007】
これに対して、蛍光体層を小さくした白色LEDとして、例えば図5や図6に示すように構成された白色LEDも知られている。
まず、図5において、白色LED5は、同様にチップ基板2と、チップ基板2上に例えば銀ペーストによるダイボンディングにより実装された青色LEDチップ3と、さらにチップ基板2上にて青色LEDチップ3の周りに形成された枠状部材6と、枠状部材6内にて下方にポッティング等により比較的薄く注入された蛍光体層4と、その上に充填された透明樹脂層7と、から構成されている。
【0008】
このような構成の白色LED5によれば、同様にして、青色LEDチップ3からの青色光が蛍光体層4の蛍光体4aに入射して、黄色の蛍光が発生し、この黄色光と青色光が混色されることにより、透明樹脂層7を介して外部に白色光が出射することになる。
この場合、光の出射方向に関して、蛍光体層4を通過する光路長のバラツキが比較的少なくなるので、色ムラの発生が抑制されることになる。
【0009】
また、図6においては、白色LED8は、同様にチップ基板2と、チップ基板2上に蛍光体層4を接着剤として実装された青色LEDチップ3と、枠状部材6と、さらに青色LEDチップ3の上面に配置された反射メタル9と、枠状部材6内に充填された透明樹脂層7と、から構成されている。
ここで、上記蛍光体層4は、青色LEDチップ3の側面を覆うように塗布され、硬化されるようになっている。
【0010】
このような構成の白色LED8によれば、同様にして、青色LEDチップ3からの青色光が、青色LEDチップ3の側面に塗布された蛍光体層4の蛍光体4aに入射して、黄色の蛍光が発生し、この黄色光と青色光が混色されることにより、透明樹脂層7を介して外部に白色光が出射することになる。
その際、青色LEDチップ3から上方に向かって出射する青色光は、その上面に配置された反射メタル9により反射され、再び青色LEDチップ3内に戻される。
この場合、同様にして、光の出射方向に関して、蛍光体層4を通過する光路長のバラツキが比較的少なくなるので、色ムラの発生が抑制されることになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の白色LED5,8においては、以下のような問題がある。
即ち、白色LED5においては、前述した図4に示す白色LED1と同様にして、製品形状による蛍光体層4の形状のバラツキがあることから、所望の白色光を得るためには、製品毎に蛍光体層4の寸法や蛍光体4aの混入量等の条件管理が必要になり、特に蛍光体層4のポッティング量の管理が困難であると共に、コストが高くなってしまう。
【0012】
また、白色LED8においては、蛍光体層4の量は容易に管理できるものの、青色LEDチップ3の上面に反射メタル9を配置することから、青色LEDチップ3から上方に向かって出射する光が反射メタル9で反射されて、青色LEDチップ3の側面のみから光が出射することになる。このため、青色LEDチップ3からの光の利用効率が比較的低くなってしまい、白色LED8から外部に出射される白色光が暗くなってしまう。さらに、蛍光体層4の蛍光体4aの量が比較的少ないことから、十分な蛍光を取り出すことができない。
【0013】
このような問題は、青色LEDチップだけでなく、他の色を発光するLEDチップからの光と蛍光体の励起光の混色光である他の色の光を出射するLEDにおいても、またチップ基板の代わりにリードフレームを使用したLEDにおいても、同様に存在する。
【0014】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、製品形状による条件管理が不要であると共に、光の利用効率が向上するようにした、面実装型LEDを提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、基板と、基板上のチップ実装部に実装されたLEDチップと、LEDチップの周りを包囲する枠状部材と、枠状部材のLEDチップを収容する凹陥部内に充填される透明樹脂部と、を含んでおり、上記基板が、チップ実装部に凹部を備えており、LEDチップが、LEDチップの側面にて、側部蛍光体層としての蛍光体を混入した透明樹脂により基板のチップ実装部に対して固定保持されると共に、上記チップ実装部の凹部内に、下部蛍光体層としての蛍光体を混入した透明樹脂が充填されており、LEDチップからの出射光により蛍光体を励起させて、出射光と励起光との混色光を外部に出射することを特徴とする、面実装型LEDにより、達成される。
【0016】
本発明による面実装型LEDは、好ましくは、上記基板が、表面に導電パターンによるチップ実装部を備えた配線基板であって、上記凹部が、チップ実装部の導電パターンを部分的に除去することにより形成されている。
【0017】
本発明による面実装型LEDは、好ましくは、上記基板が、複数のリードフレームにより構成されており、上記凹部が、リードフレームの間の間隙により形成されている。
【0018】
本発明による面実装型LEDは、好ましくは、上記LEDチップが、青色LEDチップである。
【0019】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、チップ実装部の周りを包囲する枠状部材を備えた基板のチップ実装部上に、蛍光体を混入した透明樹脂を塗布する第一の段階と、基板のチップ実装部上にLEDチップを載置して、ダイボンディングによりLEDチップをチップ実装部に固定保持させる第二の段階と、LEDチップの電極と、基板上の電極部との間をワイヤボンディングにより電気的に接続する第三の段階と、上記枠状部材のLEDチップを収容した凹陥部内に透明樹脂を充填する第四の段階と、を含んでおり、上記第一の段階にて、チップ実装部の凹部内にも蛍光体を混入した透明樹脂を充填して下部蛍光体層を形成することを特徴とする、面実装型LEDの製造方法により、達成される。
【0020】
上記構成によれば、LEDチップに駆動電流が流れることにより、LEDチップから光が出射する。そして、LEDチップから出射した光のうち、LEDチップの側面から出射した光が、LEDチップの側面に位置する側部蛍光体層に入射する。これにより、側部蛍光体層内に入射した光が側部蛍光体層内の蛍光体に当たって、蛍光体が励起され、波長変換されることにより、励起光を発生し、LEDチップからの光と混色されることにより、混色光となって、側部蛍光体層から透明樹脂部に出射する。
【0021】
また、LEDチップの下面から出射した光が、LEDチップの下方にてチップ実装部の凹部内に位置する下部蛍光体層に入射する。これにより、下部蛍光体層内に入射した光が蛍光体層内の蛍光体に当たって、蛍光体が励起され、波長変換されることにより、励起光を発生し、下部蛍光体層から再びLEDチップ内に入射する。そして、同様に、この励起光がLEDチップからの光と混色されることにより、混色光となって、LEDチップを透過して上面から透明樹脂部に出射する。
【0022】
従って、LEDチップからの光と側部蛍光体層及び下部蛍光体層内の蛍光体による励起光が混色されることにより、混色光例えば白色光となって、透明樹脂部の上面から外部に出射する。その際、LEDチップから上下方向に出射する光も、一方で下部蛍光体層にて蛍光体による励起光となって、再びLEDチップに入射し、LEDチップを透過することにより、また他方でLEDチップ上面から直接透明樹脂部に入射し、透明樹脂部の上面から外部に出射することになるので、光の利用効率が向上する。
【0023】
この場合、LEDチップの側面及び下面から出射した光がそれぞれ側部蛍光体層及び下部蛍光体層にて蛍光体を励起させて、十分な蛍光を取り出すことができる。そして、この励起光とLEDチップからの光の混色光を外部に出射させることにより、LEDチップからの光の利用効率を高めることができると共に、蛍光体層の量も容易に管理することができる。
また、光の出射方向に関して、側部蛍光体層及び下部蛍光体層を通過する光路長のバラツキが比較的少なくなるので、色ムラの発生が抑制されることになる。
【0024】
上記基板が、表面に導電パターンによるチップ実装部を備えたチップ基板であって、上記凹部が、チップ実装部の導電パターンを部分的に除去することにより形成されている場合には、導電パターンを利用したチップ基板によるLEDが構成されることになる。
【0025】
上記基板が、複数のリードフレームにより構成されており、上記凹部が、リードフレームの間の間隙により形成されている場合には、リードフレームを利用したLEDが構成されることになる。
【0026】
上記LEDチップが、青色LEDチップである場合には、青色LEDチップからの青色光が、側部蛍光体層及び下部蛍光体層内の蛍光体による励起光(例えば黄色光)と混色されることにより、白色光となり、透明樹脂部を介して外部に出射させることができる。
【0027】
このようにして、本発明によれば、LEDチップから出射した光のうち、側方及び下方に出射した光が、それぞれ側部蛍光体層及び下部蛍光体層内で蛍光体を励起することにより、この励起光がLEDチップからの青色光と混色され、混色光が透明樹脂部の上面から外部に出射することになる。
従って、蛍光体層の量も少なく、蛍光体層内の蛍光体による光の散乱が抑制されることと相まって、高輝度の光を外部に出射させることができる。
さらに、蛍光体層の厚さが比較的薄いことから、光の出射方向によって、蛍光体層を通過する光路長のバラツキが小さく、色ムラの発生が低減され得る。
また、蛍光体層の量は、下部蛍光体層については、チップ実装部の凹部の容量により決まることになり、また側部蛍光体層については、蛍光体を混入した透明樹脂の塗布量により決まることになるので、容易に管理することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図1乃至図3を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0029】
図1及び図2は、本発明による面実装型白色LEDの一実施形態の構成を示している。
図1において、面実装型白色LED10は、チップ基板11と、チップ基板11上に実装された青色LEDチップ12と、チップ基板11上にて青色LEDチップ12の周りに形成された枠状部材13と、枠状部材13内に充填された透明樹脂部14と、から構成されている。
【0030】
上記チップ基板11は、例えばガラスエポキシ樹脂板の表面に金属メッキを施し、パターンエッチング等により導電パターンを形成した配線基板から構成されており、導電パターンによりチップ実装部11a及び二つの電極部11b,11cを備えている。
さらに、上記チップ基板11は、上記チップ実装部11aに凹部11dを備えている。この凹部11dは、導電パターン形成の際に同時にエッチング等により形成され得る。
【0031】
上記青色LEDチップ12は、例えばGaN系の公知の構成のものであって、順方向に駆動電流が流れると、例えば主波長が500nm以下の青色光を出射するように構成されている。
尚、上記青色LEDチップ12は、その上面に二つの電極(図示せず)を備えており、これらの電極がそれぞれ上記チップ基板11の電極部11b,11cに対してワイヤボンディングによって電気的に接続されるようになっている。
【0032】
また、上記青色LEDチップ12は、蛍光体を混入した透明樹脂15が塗布されたチップ実装部12aに載置されることにより、チップ実装部12aに対してダイボンディングにより固定保持されるようになっている。
その際、透明樹脂15は、青色LEDチップ12の際により青色LEDチップ12の各側縁からはみだして、青色LEDチップ12の側面に沿って這い上がって硬化することにより、青色LEDチップ12の側面を覆う側部蛍光体層15aを構成すると共に、チップ実装部11aの凹部11d内に進入し、硬化することにより、下部蛍光体層15bを構成するようになっている。
【0033】
上記枠状部材13は、内側に上下に貫通する凹陥部13aを画成するように、上方に向かって拡るように傾斜した内壁を備えており、チップ基板11上に配置されることにより、凹陥部13aが青色LEDチップ12を包囲するようになっている。
【0034】
上記透明樹脂部14は、青色LEDチップ12からの青色光及び蛍光体層15a,15bからの励起光に対して透光性を備える透明樹脂から構成されており、上記枠状部材13の凹陥部13a内に充填され、硬化されることにより形成されている。
【0035】
本発明実施形態による面実装型白色LED10は、以上のように構成されており、製造の際には、以下のようにして製造される。
即ち、まず、チップ基板11のチップ実装部11a上に、枠状部材13が載置され、接着等により固定保持される。
次に、チップ基板11のチップ実装部11a上に、蛍光体を混入した透明樹脂15が塗布される。このとき、透明樹脂15は、チップ実装部11aの凹部11d内にも十分に充填される。
【0036】
続いて、チップ実装部11a上に、青色LEDチップ12が載置される。これにより、青色LEDチップ12は、透明樹脂15の硬化によって、チップ実装部11a上にダイボンディングにより固定保持されることになる。
ここで、青色LEDチップ12の載置の際に、透明樹脂15が青色LEDチップ12の各側縁からはみだして、青色LEDチップ12の側面に沿って這い上がる。これにより、透明樹脂15の硬化後に、青色LEDチップ12の各側面を覆う側部蛍光体層15aが構成されることになる。
また、チップ実装部11aの凹部d内に充填された透明樹脂15が硬化して、青色LEDチップ12の下方に位置する下部蛍光体層15bが構成されることになる。
【0037】
その後、青色LEDチップ12の上面の二つの電極が、ボンディングワイヤ12aにより、チップ基板11上の二つの電極部11b,11cに対して電気的に接続される。
最後に、枠状部材13の凹陥部13a内に、透明樹脂が充填され、硬化されることにより、透明樹脂部14が形成され、面実装型LED10が完成する。
【0038】
このような構成の面実装型LED10によれば、チップ実装部11aの各電極部11b,11cからボンディングワイヤ12aを介して青色LEDチップ12に駆動電圧が印加されることにより、青色LEDチップ12が駆動され、青色LEDチップ12から青色光が出射する。
そして、青色LEDチップ12から出射する光のうち、青色LEDチップ12の側面から出射する光L1(図3参照)は、側部蛍光体層15aに入射し、また青色LEDチップ12の下面から出射する光L2(図3参照)は、下部蛍光体層15bに入射する。
【0039】
これにより、側部蛍光体層15aに混入された蛍光体は、青色LEDチップ12からの青色光L1によって励起され、波長変換されることにより、励起光として黄色光を発生する。そして、この黄色光は、青色LEDチップ12からの青色光と混色され、白色光となって、透明樹脂部14を通って、透明樹脂部14の上面から外部に出射することになる。
また、下部蛍光体層15bに混入された蛍光体は、青色LEDチップ12からの青色光L2によって励起され、波長変換されることにより、励起光として黄色光を発生する。そして、この黄色光は、青色LEDチップ12からの青色光L2と混色され、白色光となって、透明樹脂部14を通って、透明樹脂部14の上面から外部に出射することになる。
【0040】
このようにして、本発明実施形態による面実装型白色LED10によれば、青色LEDチップ12からの青色光は、青色LEDチップ12の側面だけでなく、下面から出射する光も、下部蛍光体層15bで蛍光体による励起光に変換され、青色LEDチップ12からの青色光と混色されて外部に出射されることになるので、青色LEDチップ12からの青色光の利用効率が向上することになり、より明るい白色光となって外部に出射することになる。
【0041】
その際、青色LEDチップ12からの青色光を励起して黄色光に変換する蛍光体を混入した透明樹脂15が、青色LEDチップ12の側方及び下方に配置されている。これにより、透明樹脂15の量が比較的少なくて済み、側部蛍光体層15a及び下部蛍光体層15b内における蛍光体による青色光の無用な散乱、所謂レーリー散乱が排除されることになり、青色光が効率的に黄色光に変換されることになると共に、蛍光体の使用量が低減され、蛍光体を混入した透明樹脂15そして面実装型白色LED10の材料コストが低減され得ることになる。
【0042】
さらに、透明樹脂15の塗布量は、側部蛍光体層15aの青色LEDチップ12の側面における這い上がり量や、青色LEDチップ12の大きさを考慮して決定され得ると共に、透明樹脂部14の形状等の影響を受けないので、容易に管理され得ることになる。
【0043】
上述した実施形態においては、枠状部材13を備えるように構成されているが、これに限らず、他のパッケージタイプの面実装型LEDにも本発明を適用し得ることは明らかである。
また、上述した実施形態においては、発光光源として、青色LEDチップ12を使用しているが、これに限らず、他の色の光を出射するLEDチップであってもよい。
さらに、上述した実施形態においては、基板としてチップ基板11が使用されているが、これに限らず、基板としてリードフレームを使用することも可能である。この場合、チップ実装部の凹部は、リードフレームの間の間隙により容易に画成することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、LEDチップから出射した光のうち、側方及び下方に出射した光が、それぞれ側部蛍光体層及び下部蛍光体層内で蛍光体を励起することにより、この励起光がLEDチップからの青色光と混色され、混色光が透明樹脂部の上面から外部に出射することになる。
従って、蛍光体層の量も少なく、蛍光体層内の蛍光体による光の散乱が抑制されることと相まって、高輝度の光を外部に出射させることができる。
【0045】
さらに、蛍光体層の厚さが比較的薄いことから、光の出射方向によって、蛍光体層を通過する光路長のバラツキが小さく、色ムラの発生が低減され得る。
また、蛍光体層の量は、下部蛍光体層については、チップ実装部の凹部の容量により決まることになり、また側部蛍光体層については、蛍光体を混入した透明樹脂の塗布量により決まることになるので、製品形状特に透明樹脂部の形状による条件管理が不要となり、容易に管理することができる。
【0046】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、製品形状による条件管理が不要であると共に、光の利用効率が向上するようにした、極めて優れた面実装型LEDが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による面実装型白色LEDの一実施形態を示す概略断面図である。
【図2】図1の面実装型白色LEDを示す概略平面図である。
【図3】図1の面実装型白色LEDにおける発光状態を示す概略断面図である。
【図4】従来の面実装型白色LEDの一例の構成を示す概略断面図である。
【図5】従来の面実装型白色LEDの他の例の構成を示す概略断面図である。
【図6】従来の面実装型白色LEDのさらに他の例の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
10 面実装型白色LED
11 チップ基板
11a チップ実装部
11b,11c 電極部
11d 凹部
12 青色LEDチップ
12a ボンディングワイヤ
13 枠状部材
14 透明樹脂部
15 透明樹脂(蛍光体混入)
15a 側部蛍光体層
15b 下部蛍光体層
Claims (5)
- 基板と、基板上のチップ実装部に実装されたLEDチップと、LEDチップの周りを包囲する枠状部材と、枠状部材のLEDチップを収容する凹陥部内に充填される透明樹脂部と、を含んでおり、
上記基板が、チップ実装部に凹部を備えており、
LEDチップが、LEDチップの側面にて、側部蛍光体層としての蛍光体を混入した透明樹脂により基板のチップ実装部に対して固定保持されると共に、
上記チップ実装部の凹部内に、下部蛍光体層としての蛍光体を混入した透明樹脂が充填されており、
LEDチップからの出射光により蛍光体を励起させて、出射光と励起光との混色光を外部に出射することを特徴とする、面実装型LED。 - 上記基板が、表面に導電パターンによるチップ実装部を備えたチップ基板であって、上記凹部が、チップ実装部の導電パターンを部分的に除去することにより形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の面実装型LED。
- 上記基板が、複数のリードフレームにより構成されており、上記凹部が、リードフレームの間の間隙により形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の面実装型LED。
- 上記LEDチップが、青色LEDチップであることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載の面実装型LED。
- チップ実装部の周りを包囲する枠状部材を備えた基板のチップ実装部上に、蛍光体を混入した透明樹脂を塗布する第一の段階と、
基板のチップ実装部上にLEDチップを載置して、ダイボンディングによりLEDチップをチップ実装部に固定保持させる第二の段階と、
LEDチップの電極と、基板上の電極部との間をワイヤボンディングにより電気的に接続する第三の段階と、
上記枠状部材のLEDチップを収容した凹陥部内に透明樹脂を充填する第四の段階と、
を含んでおり、
上記第一の段階にて、チップ実装部の凹部内にも蛍光体を混入した透明樹脂を充填して下部蛍光体層を形成すると共に、
上記第二の段階にて、LEDチップの側面に蛍光体を混入した透明樹脂を這い上がらせて側部蛍光体層を形成することを特徴とする、面実装型LEDの製造方法。
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- 2003-05-12 JP JP2003132745A patent/JP2004335920A/ja active Pending
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