JP2005026401A - Light emitting diode - Google Patents

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Tsutomu Iwasako
力 祝迫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting diode in which luminance can be prevented from lowering when a submount substrate is employed. <P>SOLUTION: A semiconductor light emitting device 6 mounting a semiconductor light emitting element 5 on a submount substrate 10 is connected with a pair of electrodes 2 and 3 provided in a resin case 4, and then the interior of the resin case 4 is filled with sealing resin 7 principally comprising epoxy thus sealing the semiconductor light emitting device 6. In such a light emitting diode 1, the sealing resin 7 comprises a reflective layer 12 covering the upper surface of the submount substrate 10, and a light transmitting layer 13 covering the semiconductor light emitting element 5. A light exiting the semiconductor light emitting element 5 obliquely downward can be reflected on the reflective layer 12 and taken out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置を樹脂封止して形成される発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、面実装タイプの発光ダイオードは、内部に対となる電極端子を埋設したケーシングが多く用いられている。このケーシングは、白色樹脂を用いて、上方または側方に開口部を形成している。
【０００３】
半導体発光素子は、一方の電極端子に導電性接着剤により固着され、上面に形成された電極と他方の電極とをワイヤボンディングで接続している。
【０００４】
半導体発光素子およびワイヤは、エポキシ樹脂を主体とする封止樹脂で覆われている。
【０００５】
半導体発光素子から出射された光は、封止樹脂内を通過し、一部の光はケーシングの内面や電極で反射して外側に取り出される。
【０００６】
このような発光ダイオードとして、例えば、封止樹脂内に蛍光物質を混入することにより、半導体発光素子から出射された光の波長を変換し、例えば、青色光を白色光に変換して取り出すものが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、封止樹脂が硬化する前に遠心分離を行い、封止樹脂に混入している蛍光物質を半導体発光素子に近接配置した発光ダイオードも開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３１７１７８号公報 （第２−７頁、第３図）
【特許文献２】
特開２０００−１６４９３７号公報 （第２−５頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体発光素子を電極端子に直接搭載するのではなく半導体発光素子をサブマウント基板に搭載した半導体発光装置を用いた場合、半導体発光素子から出射された光の一部がサブマウント基板に吸収されてしまい、輝度が小さくなるという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、サブマウント基板を用いた場合の輝度の低下を防止する発光ダイオードを提供することを目的とする。
【００１１】
【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、エポキシを主体とする封止樹脂を樹脂ケースの内部に充填して半導体発光装置を封止した発光ダイオードにおいて、封止樹脂は、サブマウント基板の上面を覆う反射層と、半導体発光素子を覆う光透過層とを有することを特徴とする発光ダイオードとしたものである。
【００１２】
この発明によれば、サブマウント基板を用いた場合の輝度の低下を防止する発光ダイオードが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に記載の発明は、サブマウント基板上に半導体発光素子を搭載した半導体発光装置を、樹脂ケース内に設けた対となる電極に接続し、エポキシを主体とする封止樹脂を前記樹脂ケースの内部に充填して前記半導体発光装置を封止した発光ダイオードにおいて、前記封止樹脂は、前記サブマウント基板の上面を覆う反射層と、前記半導体発光素子を覆う光透過層とを有することを特徴とする発光ダイオードとしたものであり、半導体発光素子から斜め下方に出射された光を反射層で反射して取り出すという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記反射層は、フィラーとして酸化チタンが混入さ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、白色の酸化チタンを用いて、反射光を増加させるという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記光透過層は、フィラーとして蛍光体、シリコーンおよびシリカが混入されてい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としたものであり、蛍光体により半導体発光素子から出射された光の波長を変換し、シリカによって線膨張係数を下げて封止樹脂の膨張を防止し、シリコーンによって弾性率を低減させ、耐曲げ性と耐水性を向上させるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態の発光ダイオードの断面図である。図１に示すように、本実施の形態の発光ダイオード１は、対となる平板状の電極２，３と、電極２，３とともに一体成型された白色の樹脂ケース４とを有している。電極２，３には、例えば、青色に発光するＧａＮ系の半導体発光素子５を備えた半導体発光装置６が設けられ、半導体発光装置６は、封止樹脂７により封止されている。
【００１８】
樹脂ケース４は、平板状の底部８と底部８の外周を囲んだ側部９とを有し、天面側（一側）が開口した容器状に形成されている。電極２，３は、それぞれ隙間をあけて、樹脂ケース４内の底部８に並べて配置されている。
【００１９】
半導体発光装置６は、半導体発光素子５を、Ｓｉを主体としたサブマウント基板１０にバンプ（図示せず）を介してフリップチップ接続されている。半導体発光装置６の底面は、電極２に導電性接着剤を用いて導通接続されている。また、半導体発光装置６のサブマウント基板１０と他方の電極３とは、ワイヤ１１を介して導通接続されている。
【００２０】
封止樹脂７は、エポキシを主体として二層に配置されている。すなわち、封止樹脂７は、樹脂ケース４の底部８およびサブマウント基板１０の上面を覆う反射層１２と、半導体発光素子５を覆って樹脂ケース４の開口部を塞ぐ光透過層１３とを有している。反射層１２と光透過層１３の界面は電極２，３に略平行で、かつ略平面状に形成されている。詳しくは、この界面は、サブマウント基板１０の上面より上側で、かつ半導体発光素子５の中間部に形成されている発光層（図示せず）より下側に配置されている。
【００２１】
反射層１２は、エポキシ樹脂中にフィラーとして酸化チタンの粒子を混入したものである。酸化チタンは白色で、半導体発光素子５の光を開口部側に反射することができる。
【００２２】
光透過層１３は、フィラーとして蛍光体、シリコーンおよびシリカの粒子を混入したものである。蛍光体は、例えば、黄色のものを用いて半導体発光素子５の光の波長を変換させて白色光を取り出すことができる。シリカは、線膨張率が低いので、エポキシの吸水性を制限することができる。また、シリコーンは、弾性率が低いので、耐曲げ性と防水性を向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明の実施の形態ではフィラーとして蛍光体、シリコーンおよびシリカの粒子を混入している例を示しているがいずれかひとつを混入させたものでも構わない。
【００２４】
次に発光ダイオードの使用状態について説明する。
【００２５】
電極２，３に通電すると、半導体発光素子５の発光層が発光する。半導体発光素子５から樹脂ケース４の開口部側に出射する光は、光透過層１３内を通過して外側に取り出される。サブマウント基板を用いているので、半導体発光素子５をフリップチップ実装することができ、開口部側に出射する光がワイヤにより邪魔されることがない。
【００２６】
また、半導体発光素子５から側方に出射する光は、樹脂ケース４の側部９に当たって、開口部側に反射され、外側に取り出される。
【００２７】
また、半導体発光素子５から下方または斜め下方に出射する光は、反射層１２の表面で反射する。そして、樹脂ケース４の側部９に当たって、または当たらずに光透過層１３内を通過して外側に取り出される。反射層１２が設けられているので、光がサブマウント基板１０に当たって吸収されることがなく、光の反射効率がよくなる。また、半導体発光素子５から出射された光は、蛍光体内を通過する距離によって波長が変化するが、半導体発光素子から斜め下方に出射された光がサブマウント基板１０の側部を通過することがなくなるので、光路が無駄に長くなることがなくなり、色度のばらつきが小さくなる。
【００２８】
本発明者が、発光ダイオード１と、反射層１２を設けていない発光ダイオードとについて、同じ条件下で、同じ波長での輝度を測定したところ、本実施の形態の発光ダイオード１の方が、反射層１２を用いていない発光ダイオードに比べて輝度が５％増加することが確かめられた。
【００２９】
また、光透過層１３に低線膨張率であるシリカが混入されているので、光透過層が膨張して樹脂ケース４の側部９に応力を加えたり、光透過層１３と反射層１２との界面を剥離させたりすることがなくなる。また、光透過層１３にシリコーンが混入されているので、光透過層１３の強度を増加させ、また表面からの水の吸収を防止して光透過層１３と反射層１２との界面の剥離が防止される。
【００３０】
次に発光ダイオード１の製造手順について説明する。
【００３１】
電極２，３および樹脂ケース４は一体成型により製造される。また、半導体発光装置６は、通常の手順により製造されるので、説明は省略する。
【００３２】
エポキシ樹脂にフィラーとして所定量の酸化チタン粒子を加えて混合し、これを、例えば、ポッティングによって、または細いノズルを用いて、樹脂ケース４内にサブマウント基板１０の表面を覆う高さまで流入させる。これを硬化させることにより、反射層１２を形成することができる。
【００３３】
ついで、エポキシ樹脂にフィラーとして所定量の蛍光体、シリコーンおよびシリカを混合し、これをポッティング等により樹脂ケース４内に樹脂ケース４の表面まで流入させる。これを硬化させることにより光透過層１３を形成することができる。蛍光体は、エポキシより比重が大きいため、反射層１２がない場合には、サブマウント基板１０の側部に滞留して、半導体発光素子５の輝度が不均一になることがあるが、反射層１２が設けられているので、蛍光体が半導体発光素子５の発光面より下側に滞留することが少なくなり、色度が均一になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、封止樹脂を、前記サブマウント基板の上面を覆う反射層と、前記半導体発光素子を覆う光透過層とによって構成したので、半導体発光素子から斜め下方に出射された光を反射層で反射して取り出すことができ、サブマウント基板を用いた場合の輝度の低下を防止することができる。
【００３５】
また、反射層に、フィラーとして酸化チタンを混入すると、白色の酸化チタンを用いて、反射光を増加させ、輝度の低下を防止することができる。
【００３６】
また、光透過層に、フィラーとして蛍光体、シリコーンおよびシリカを混入すると、蛍光体により半導体発光素子から出射された光の波長を変換し、シリカによって封止樹脂の膨張を防止し、シリコーンによって耐曲げ性と耐水性を向上させるので、反射層の剥離を防止し、色度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の発光ダイオードの断面図
【符号の説明】
１ 発光ダイオード
２，３ 電極
４ 樹脂ケース
５ 半導体発光素子
６ 半導体発光装置
７ 封止樹脂
８ 底部
９ 側部
１０ サブマウント基板
１１ ワイヤ
１２ 反射層
１３ 光透過層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode formed by sealing a semiconductor light emitting device with resin.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, surface mount type light emitting diodes are often used with a casing in which a pair of electrode terminals are embedded. This casing uses white resin to form an opening upward or laterally.
[0003]
The semiconductor light emitting element is fixed to one electrode terminal with a conductive adhesive, and the electrode formed on the upper surface and the other electrode are connected by wire bonding.
[0004]
The semiconductor light emitting element and the wire are covered with a sealing resin mainly composed of an epoxy resin.
[0005]
The light emitted from the semiconductor light emitting element passes through the sealing resin, and a part of the light is reflected by the inner surface of the casing and the electrode and extracted outside.
[0006]
As such a light emitting diode, for example, a phosphor substance is mixed in a sealing resin to convert the wavelength of light emitted from a semiconductor light emitting element, for example, by converting blue light into white light and taking it out. It has been developed (for example, see Patent Document 1).
[0007]
In addition, a light emitting diode has been developed in which a centrifugal separation is performed before the sealing resin is cured, and a fluorescent material mixed in the sealing resin is disposed in proximity to the semiconductor light emitting element (see, for example, Patent Document 2).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-317178 A (page 2-7, FIG. 3)
[Patent Document 2]
JP 2000-164937 A (page 2-5, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when using a semiconductor light emitting device in which the semiconductor light emitting element is mounted on the submount substrate instead of mounting the semiconductor light emitting element directly on the electrode terminal, a part of the light emitted from the semiconductor light emitting element is absorbed by the submount substrate. Therefore, there is a problem that the luminance is reduced.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a light emitting diode that prevents a decrease in luminance when a submount substrate is used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the light emitting diode of the present invention, in the light emitting diode in which the semiconductor light emitting device is sealed by filling the inside of the resin case with a sealing resin mainly composed of epoxy, the sealing resin is a reflective layer that covers the upper surface of the submount substrate. And a light-transmitting layer that covers the semiconductor light-emitting element.
[0012]
According to the present invention, it is possible to obtain a light emitting diode that prevents a decrease in luminance when a submount substrate is used.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, a semiconductor light-emitting device having a semiconductor light-emitting element mounted on a submount substrate is connected to a pair of electrodes provided in a resin case, and a sealing resin mainly composed of epoxy is provided. In the light emitting diode in which the semiconductor light emitting device is sealed by filling the resin case, the sealing resin includes a reflective layer that covers an upper surface of the submount substrate and a light transmission layer that covers the semiconductor light emitting element. The light emitting diode is characterized in that it has an effect of taking out light emitted obliquely downward from the semiconductor light emitting element by reflecting it with a reflective layer.
[0014]
The invention according to claim 2 is the light emitting diode according to claim 1, wherein the reflective layer is mixed with titanium oxide as a filler, using white titanium oxide, It has the effect of increasing the reflected light.
[0015]
The invention according to claim 3 is the light emitting diode according to claim 1 or 2, wherein the light transmission layer is mixed with phosphor, silicone and silica as fillers. The wavelength of the light emitted from the semiconductor light emitting element is converted by the silica, the linear expansion coefficient is lowered by silica to prevent the expansion of the sealing resin, the elastic modulus is reduced by silicone, and the bending resistance and the water resistance are improved. Has an effect.
[0016]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0017]
FIG. 1 is a sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the light-emitting diode 1 according to the present embodiment includes a pair of flat electrodes 2 and 3 and a white resin case 4 integrally formed with the electrodes 2 and 3. The electrodes 2 and 3 are provided with, for example, a semiconductor light emitting device 6 including a GaN-based semiconductor light emitting element 5 that emits blue light. The semiconductor light emitting device 6 is sealed with a sealing resin 7.
[0018]
The resin case 4 has a flat bottom portion 8 and a side portion 9 surrounding the outer periphery of the bottom portion 8, and is formed in a container shape having an open top side (one side). The electrodes 2 and 3 are arranged side by side on the bottom 8 in the resin case 4 with a gap therebetween.
[0019]
In the semiconductor light emitting device 6, the semiconductor light emitting element 5 is flip-chip connected to a submount substrate 10 mainly composed of Si via bumps (not shown). The bottom surface of the semiconductor light emitting device 6 is conductively connected to the electrode 2 using a conductive adhesive. Further, the submount substrate 10 of the semiconductor light emitting device 6 and the other electrode 3 are conductively connected via a wire 11.
[0020]
The sealing resin 7 is arranged in two layers mainly composed of epoxy. That is, the sealing resin 7 has a reflective layer 12 that covers the bottom 8 of the resin case 4 and the top surface of the submount substrate 10, and a light transmission layer 13 that covers the semiconductor light emitting element 5 and closes the opening of the resin case 4. is doing. The interface between the reflection layer 12 and the light transmission layer 13 is formed substantially in parallel with the electrodes 2 and 3 and in a substantially planar shape. Specifically, this interface is disposed above the upper surface of the submount substrate 10 and below the light emitting layer (not shown) formed in the intermediate portion of the semiconductor light emitting element 5.
[0021]
The reflective layer 12 is obtained by mixing titanium oxide particles as a filler in an epoxy resin. Titanium oxide is white and can reflect the light of the semiconductor light emitting element 5 toward the opening.
[0022]
The light transmission layer 13 is a mixture of phosphor, silicone and silica particles as fillers. For example, a yellow phosphor can be used to convert the wavelength of light of the semiconductor light emitting element 5 and extract white light. Since silica has a low coefficient of linear expansion, it can limit the water absorption of epoxy. In addition, since silicone has a low elastic modulus, it can improve bending resistance and waterproofness.
[0023]
In the embodiment of the present invention, an example in which particles of phosphor, silicone, and silica are mixed as the filler is shown, but any one of them may be mixed.
[0024]
Next, the usage state of the light emitting diode will be described.
[0025]
When the electrodes 2 and 3 are energized, the light emitting layer of the semiconductor light emitting element 5 emits light. The light emitted from the semiconductor light emitting element 5 to the opening side of the resin case 4 passes through the light transmission layer 13 and is extracted outside. Since the submount substrate is used, the semiconductor light emitting element 5 can be flip-chip mounted, and the light emitted to the opening side is not obstructed by the wire.
[0026]
Further, the light emitted from the semiconductor light emitting element 5 to the side strikes the side portion 9 of the resin case 4, is reflected on the opening side, and is extracted outside.
[0027]
Further, light emitted downward or obliquely downward from the semiconductor light emitting element 5 is reflected by the surface of the reflective layer 12. And it passes through the inside of the light transmission layer 13 with or without hitting the side portion 9 of the resin case 4 and is taken out to the outside. Since the reflective layer 12 is provided, light does not strike the submount substrate 10 and is absorbed, and the light reflection efficiency is improved. The wavelength of the light emitted from the semiconductor light emitting element 5 changes depending on the distance passing through the phosphor, but the light emitted obliquely downward from the semiconductor light emitting element may pass through the side portion of the submount substrate 10. As a result, the optical path is not unnecessarily lengthened and chromaticity variation is reduced.
[0028]
When the inventor measured the luminance at the same wavelength under the same conditions for the light emitting diode 1 and the light emitting diode without the reflective layer 12, the light emitting diode 1 of the present embodiment is more reflective. It was confirmed that the brightness increased by 5% compared to the light emitting diode not using the layer 12.
[0029]
Further, since the light transmissive layer 13 is mixed with silica having a low linear expansion coefficient, the light transmissive layer expands to apply stress to the side portion 9 of the resin case 4, or the light transmissive layer 13 and the reflective layer 12 No peeling of the interface will occur. Further, since silicone is mixed in the light transmission layer 13, the strength of the light transmission layer 13 is increased, and the absorption of water from the surface is prevented, and the interface between the light transmission layer 13 and the reflection layer 12 is peeled off. Is prevented.
[0030]
Next, a manufacturing procedure of the light emitting diode 1 will be described.
[0031]
The electrodes 2 and 3 and the resin case 4 are manufactured by integral molding. Further, since the semiconductor light emitting device 6 is manufactured by a normal procedure, description thereof is omitted.
[0032]
A predetermined amount of titanium oxide particles as a filler is added to the epoxy resin and mixed, and this is allowed to flow into the resin case 4 to a height that covers the surface of the submount substrate 10 by, for example, potting or using a thin nozzle. By curing this, the reflective layer 12 can be formed.
[0033]
Next, a predetermined amount of phosphor, silicone and silica are mixed in the epoxy resin as a filler, and this is poured into the resin case 4 to the surface of the resin case 4 by potting or the like. The light transmission layer 13 can be formed by curing this. Since the specific gravity of the phosphor is larger than that of the epoxy, if the reflective layer 12 is not provided, the phosphor may stay on the side portion of the submount substrate 10 and the luminance of the semiconductor light emitting element 5 may become uneven. 12 is provided, the phosphor is less likely to stay below the light emitting surface of the semiconductor light emitting element 5, and the chromaticity becomes uniform.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the sealing resin is constituted by the reflective layer that covers the upper surface of the submount substrate and the light transmission layer that covers the semiconductor light emitting element, the sealing resin is emitted obliquely downward from the semiconductor light emitting element. The reflected light can be reflected and taken out by the reflective layer, and a reduction in luminance when the submount substrate is used can be prevented.
[0035]
In addition, when titanium oxide is mixed as a filler in the reflective layer, white titanium oxide can be used to increase reflected light and prevent a reduction in luminance.
[0036]
In addition, when phosphor, silicone, and silica are mixed in the light transmission layer as fillers, the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting element is converted by the phosphor, and the expansion of the sealing resin is prevented by silica. Since bendability and water resistance are improved, peeling of the reflective layer can be prevented and chromaticity can be made uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting diode 2, 3 Electrode 4 Resin case 5 Semiconductor light emitting element 6 Semiconductor light-emitting device 7 Sealing resin 8 Bottom part 9 Side part 10 Submount board | substrate 11 Wire 12 Reflective layer 13 Light transmission layer

Claims (3)

サブマウント基板上に半導体発光素子を搭載した半導体発光装置を、樹脂ケース内に設けた対となる電極に接続し、エポキシを主体とする封止樹脂を前記樹脂ケースの内部に充填して前記半導体発光装置を封止した発光ダイオードにおいて、
前記封止樹脂は、前記サブマウント基板の上面を覆う反射層と、
前記半導体発光素子を覆う光透過層とを有することを特徴とする発光ダイオード。A semiconductor light emitting device having a semiconductor light emitting element mounted on a submount substrate is connected to a pair of electrodes provided in a resin case, and a sealing resin mainly composed of epoxy is filled in the resin case to form the semiconductor In a light emitting diode encapsulating a light emitting device,
The sealing resin includes a reflective layer that covers an upper surface of the submount substrate;
A light emitting diode comprising a light transmission layer covering the semiconductor light emitting element. 前記反射層は、フィラーとして酸化チタンが混入さ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。The light emitting diode according to claim 1, wherein the reflective layer is mixed with titanium oxide as a filler. 前記光透過層は、フィラーとして蛍光体、シリコーンおよびシリカが混入されてい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。The light-emitting diode according to claim 1, wherein the light-transmitting layer is mixed with phosphor, silicone, and silica as fillers.
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