JP2006324408A - Light emitting diode element with lens, light emitting device, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズで光取出面を被覆してなるレンズ付き発光ダイオード素子及び発光装置並びにその製造方法に関する。 The present invention relates to a light emitting diode element with a lens formed by covering a light extraction surface with a lens, a light emitting device, and a method for manufacturing the same.
近年、発光装置には、水銀ガスによる環境(人体)への悪影響をなくすという考えから、また紫外光の照射による構成部品の劣化を防止するとともに、消費電力コストを低減し、かつ良好な色再現性を得るという観点等から、水銀ガスを内封してなる冷陰極蛍光管に代わり、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)素子を備えたものが採用されている。 In recent years, light emitting devices have been designed to eliminate adverse effects of mercury gas on the environment (human body), prevent deterioration of components due to ultraviolet light irradiation, reduce power consumption costs, and achieve good color reproduction. From the standpoint of obtaining high performance, a light emitting diode (LED) element is employed instead of a cold cathode fluorescent tube containing mercury gas.
例えば、この種の発光装置における発光ダイオード素子には、発光部としての発光層及びこの発光層からの光を出射する光取出面を有するサファイア(Al2O3)基板を備え、サファイア基板からなる素子搭載基板上にフリップ実装してなるものが知られている。 For example, a light emitting diode element in this kind of light emitting device includes a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate having a light emitting layer as a light emitting portion and a light extraction surface for emitting light from the light emitting layer, and is made of a sapphire substrate. A device that is flip-mounted on an element mounting substrate is known.
このような発光ダイオード素子においては、発光層が発光すると、この光がサファイア基板を透過して光取出面から外部に出射される。 In such a light emitting diode element, when the light emitting layer emits light, this light is transmitted through the sapphire substrate and emitted to the outside from the light extraction surface.
ところが、この種の発光ダイオード素子は、各層(サファイア基板,発光層)の屈折率及び平面形状が互いに異なるものであるため、各層の界面で全反射による所謂フレネル損失が生じ、光取出効率が低下するという不都合がある。 However, since this type of light emitting diode element has different refractive indexes and planar shapes of the layers (sapphire substrate, light emitting layer), so-called Fresnel loss occurs due to total reflection at the interface of each layer, and the light extraction efficiency is lowered. There is an inconvenience of doing.
そこで、上述した不都合を回避するために、サファイア基板の光取出面をレンズで被覆してなるレンズ付き発光ダイオード素子も用いられている。 Therefore, in order to avoid the above-described disadvantages, a light-emitting diode element with a lens formed by covering the light extraction surface of a sapphire substrate with a lens is also used.
従来、この種のレンズ付き発光ダイオード素子には、光出射窓を有する半導体発光素子チップ及びこの半導体発光素子チップにバッファ層を介して積層する微小レンズを備えたものが提案されている(例えば特許文献1)。
しかしながら、特許文献1によると、半導体発光素子チップの光取出面(バッファ層)を被覆するレンズ(微小レンズ)がバッファ層上でレンズ母材を溶融して硬化させてなるものであるため、半球状の球面レンズのレンズ高さ(厚さ)より大きいレンズ厚さをもつ微小レンズをバッファ層上に形成することができなかった。この結果、レンズによる十分な集光性が得られず、光取出効率が悪くなり、近年における高輝度化及び大出力化に応じることができないという問題があった。 However, according to Patent Document 1, the lens (microlens) that covers the light extraction surface (buffer layer) of the semiconductor light-emitting element chip is formed by melting and hardening the lens base material on the buffer layer. A microlens having a lens thickness larger than the lens height (thickness) of the spherical lens cannot be formed on the buffer layer. As a result, there is a problem that sufficient light condensing performance by the lens cannot be obtained, the light extraction efficiency is deteriorated, and it is impossible to respond to the recent increase in luminance and output.
そこで、本発明者は、レンズ厚さの大型化(レンズ厚さを大きくすること)の検討を開始したが、その過程で光取出面上に液状のレンズ素材を滴下して球状のレンズを形成すると、レンズ高さ(光取出面の法線方向寸法)を大きくすることが可能となり、さらにはレンズ高さを大きくすればする程、発光ダイオード素子の軸上光度向上率が大きくなることを見出した。 Therefore, the present inventor has started to study increasing the lens thickness (increasing the lens thickness), but in the process, a liquid lens material is dropped on the light extraction surface to form a spherical lens. As a result, it is possible to increase the lens height (dimension in the normal direction of the light extraction surface), and further, the higher the lens height, the greater the on-axis luminous intensity improvement rate of the light-emitting diode element. It was.
従って、本発明の目的は、光取出効率を高めることができ、もって近年における高輝度化及び大出力化に応じることができるレンズ付き発光ダイオード素子及び発光装置並びにその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting diode element with a lens, a light-emitting device, and a method for manufacturing the same, which can increase the light extraction efficiency and can respond to the recent increase in luminance and output. .
(1)上記目的を達成するために、本発明は、レンズによって被覆してなる光取出面を有する発光ダイオード素子を備えたレンズ付き発光ダイオード素子であって、前記レンズには、照明対象側を指向する第1光出射面及び前記第1光出射面の反照明対象側で前記光取出面と平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面を含む光学形状面が設けられていることを特徴とするレンズ付き発光ダイオード素子を提供する。 (1) In order to achieve the above object, the present invention is a light-emitting diode element with a lens including a light-emitting diode element having a light extraction surface covered with a lens, and the lens is provided with a side to be illuminated. An optical shape surface including a first light emitting surface that is directed and a second light emitting surface that bulges in a virtual plane direction parallel to the light extraction surface on a side opposite to the illumination target of the first light emitting surface is provided. A lens-equipped light-emitting diode device is provided.
(2)上記目的を達成するために、本発明は、照明対象側に開口するケースと、前記ケースに固定されて素子搭載部を有する素子搭載基板と、前記素子搭載部上に搭載され、レンズによって被覆してなる光取出面を有する発光ダイオード素子と、前記発光ダイオード素子を前記ケース内で封止する封止部材とを備えた発光装置であって、前記レンズは、上記(1)に記載のレンズであることを特徴とする発光装置を提供する。 (2) To achieve the above object, the present invention provides a case that opens to the illumination target side, an element mounting substrate that is fixed to the case and has an element mounting portion, and is mounted on the element mounting portion, A light-emitting device comprising: a light-emitting diode element having a light extraction surface covered with a light-emitting diode element; and a sealing member for sealing the light-emitting diode element in the case, wherein the lens is described in (1) above. Provided is a light-emitting device characterized by being a lens.
(3)上記目的を達成するために、本発明は、レンズによって被覆してなる光取出面を有する発光ダイオード素子を備えたレンズ付き発光ダイオード素子を製造する方法であって、前記光取出面に液状のレンズ素材を滴下することにより前記レンズを形成する工程を備え、前記レンズを形成するにあたり、照明対象側を指向する第1光出射面及び前記第1光出射面の反照明対象側で前記光取出面と平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面を含む光学形状面を前記レンズ素材に設けることを特徴とするレンズ付き発光ダイオード素子の製造方法を提供する。 (3) In order to achieve the above object, the present invention is a method of manufacturing a light-emitting diode element with a lens including a light-emitting diode element having a light extraction surface covered with a lens, A step of forming the lens by dropping a liquid lens material, and in forming the lens, the first light exit surface directed toward the illumination target side and the anti-illumination target side of the first light exit surface; Provided is a method for manufacturing a lens-equipped light-emitting diode element, wherein an optically shaped surface including a second light emitting surface that bulges in a virtual plane direction parallel to a light extraction surface is provided on the lens material.
(4)上記目的を達成するために、本発明は、照明対象側に開口するケースと、前記ケースに固定されて素子搭載部を有する素子搭載基板と、前記素子搭載部上に搭載され、レンズによって被覆してなる光取出面を有する発光ダイオード素子と、前記発光ダイオード素子を前記ケース内で封止する封止部材とを備えた発光装置を製造する方法であって、予め前記素子搭載部上に搭載された前記発光ダイオード素子の光取出面に液状のレンズ素材を滴下することにより前記レンズを形成する工程と、前記ケース内でレンズ付き発光ダイオード素子を封止部材によって封止する工程とを備え、前記レンズを形成するにあたり、照明対象側を指向する第1光出射面及び前記第1光出射面の反照明対象側で前記光取出面と平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面を含む光学形状面を前記レンズ素材に設けることを特徴とする発光装置の製造方法を提供する。 (4) In order to achieve the above object, the present invention provides a case that opens to the illumination target side, an element mounting substrate that is fixed to the case and has an element mounting portion, and is mounted on the element mounting portion, A light emitting diode element having a light extraction surface coated with a light emitting surface, and a sealing member for sealing the light emitting diode element in the case, the method comprising: Forming a lens by dropping a liquid lens material on a light extraction surface of the light emitting diode element mounted on the light emitting diode, and sealing the light emitting diode element with a lens with a sealing member in the case. And in forming the lens, the first light exit surface directed toward the illumination target side and the opposite side of the first light exit surface swell in a virtual plane direction parallel to the light extraction surface. The optical shape surface including the second light emitting surface to provide a method of manufacturing a light emitting device, characterized in that provided on the lens material.
本発明によると、光取出効率を高めることができ、近年における高輝度化及び大出力化に応じることができる。 According to the present invention, the light extraction efficiency can be increased, and it is possible to meet the recent increase in luminance and output.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置のレンズ付き発光ダイオード素子を説明するために示す断面図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a light emitting device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the lens-equipped light-emitting diode element of the light-emitting device according to the first embodiment of the present invention.
〔発光装置の全体構成〕
図1において、符号1で示す発光装置は、光源としてのレンズ付き発光ダイオード素子2と、このレンズ付き発光ダイオード素子2を収容可能なケース3とから大略構成されている。
[Overall configuration of light emitting device]
In FIG. 1, the light emitting device denoted by reference numeral 1 is roughly configured by a light emitting diode element 2 with a lens as a light source and a
(レンズ付き発光ダイオード素子2の構成)
レンズ付き発光ダイオード素子2は、図1に示すように、窒化物系化合物の半導体材料からなるフリップチップ型の発光ダイオード素子4と、この発光ダイオード素子4の光取出面7A(後述)を被覆する透明なシリコーンからなるレンズ5とを有し、素子搭載基板6(副素子搭載基板)上に搭載されている。
(Configuration of light-emitting diode element 2 with lens)
As shown in FIG. 1, the light-emitting diode element 2 with a lens covers a flip-chip type light-
<発光ダイオード素子4の構成>
発光ダイオード素子4は、図2に示すように、コンタクト電極4A,4Bを有する大出力用の青色発光ダイオード素子からなり、光取出面7Aを有するサファイア(Al2O3)基板7上にバッファ(AlN)層8及びn型半導体(GaN)層9・発光層10・p型半導体(GaN)層11を順次結晶成長させることにより形成されている。コンタクト電極4Aは、ロジウム(Rh)からなり、p型半導体層11の表面に配設されている。コンタクト電極4Bは、アルミニウム(Al)からなり、n型半導体層9の外部露出面に配設されている。発光ダイオード素子4の平面縦横寸法は、縦寸法及び横寸法をそれぞれ1mmとする平面サイズ(正方形サイズ)に設定されている。発光ダイオード素子4の熱膨張率αはα=7×10−6/℃に設定されている。
<Configuration of Light-
As shown in FIG. 2, the light-
<レンズ5の構成>
レンズ5は、図2に示すように、光取出面7Aの平面縦横寸法(各辺の寸法が1mm)より大きいレンズ高さHをもつシリコーンからなる凸レンズによって形成されている。レンズ5には、照明対象側を指向する第1光出射面5a及びこの第1光出射面5aの反照明対象側で光取出面7Aと平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面5bを含む光学形状面5Aが設けられている。レンズ5の材料としては、シリコーンの他、エポキシ系のコーティング樹脂(ポッティング樹脂)を用いることができる。また、発光ダイオード素子4からの発光光をサファイア基板7からレンズ5へ取り出しやすくするため、レンズ5の材料はサファイア基板7の屈折率であるn=1.7に対して近い屈折率である1.4〜2.0の材料を選択することが好ましい。
<Configuration of
As shown in FIG. 2, the
<素子搭載基板6の構成>
素子搭載基板6は、図1に示すように、主副2つの素子搭載基板6A,6Bからなり、上述したようにレンズ付き発光ダイオード素子2を搭載するように構成されている。主素子搭載基板6Aは、ケース3の一部(底面部)を構成し、回路パターン600,601を有するセラミックス(Al2O3)基板によって形成されている。副素子搭載基板(サブマウント)6Bは、光取出面7Aと平行な素子搭載面6bを有し、主素子搭載基板6A上に実装されている。そして、主素子搭載基板6Aと同様に、セラミックス(Al2O3)基板によって形成されている。副素子搭載機6Bは、回路パターン600,601に金(Au)等のボンディングワイヤ12を介してそれぞれ接続する回路パターン602,603が形成されている。回路パターン602,603上には、金(Au)等のスタッドバンプ13,14を介して半導体ダイオード素子4が搭載されている。素子搭載基板6(主素子搭載基板6A及び副素子搭載基板6B)の熱膨張率αはα=7×10−6/℃に設定されている。
<Configuration of element mounting substrate 6>
As shown in FIG. 1, the element mounting substrate 6 includes two main and sub
(ケース3の構成)
ケース3は、照明対象側及び反照明対象側に開口する枠部材であり、この枠部材の反照明対象側開口部を閉塞する主素子搭載基板6Aが固定され、全体が照明対象側に開口する有底筒体によって形成されている。またケース3には、反照明対象側から照明対象側に向かって広がる截頭円錐形状の内部空間3aが形成されている。ケース3の内面は、発光ダイオード素子4からの放射光を受けて照明対象側に反射する傾斜面3bで形成されている。ケース3の材料としては、成形性が良好な例えばナイロンが用いられる。ケース3の内部空間3aには、発光ダイオード素子4からの放射光(青色光)を受けて励起されることにより、波長変換光(黄色光)を放射するYAG(YttriumAluminum Garnet)等の蛍光体を含有するシリコーンからなる封止部材15が充填されている。これにより、発光ダイオード素子4及び副素子搭載基板6B・ボンディングワイヤ12がケース3内で封止される。
(
The
本実施の形態では、ケース3と主素子搭載基板6Aとが互いに別部材で構成される場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、両部材を一体に形成しても勿論よい。
In the present embodiment, the
〔発光装置1の動作〕
発光ダイオード素子4に電源から電圧が印加されると、発光層10において発光し、この光がレンズ5内に放射される。次いで、この放射光がレンズ5を透過して蛍光体含有の封止部材15に入射する。この場合、封止部材15においては、発光ダイオード素子4から放射される放射光(青色光)を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する。このため、発光ダイオード素子4から放射される青色の放射光と封止部材15から放射される黄色の波長変換光とが混合して白色光となる。しかる後、封止部材15の出射面から白色光として照明対象側に照射される。
[Operation of Light Emitting Device 1]
When a voltage is applied to the light emitting
次に、第1の実施の形態に係る発光装置の製造方法につき、図3(a)〜(e)を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図3(a)〜(e)は、第1の実施の形態に係る発光装置の製造方法を説明するために示す断面図である。図3(a)は素子搭載基板の形成工程を、図3(b)は発光ダイオード素子の実装工程を、図3(c)はケースの形成工程を、図3(d)はレンズの形成工程を、図3(e)はレンズ付き発光ダイオード素子の封止工程をそれぞれ説明するために示す断面図である。 FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment. 3A shows a process for forming an element mounting substrate, FIG. 3B shows a process for mounting a light emitting diode element, FIG. 3C shows a process for forming a case, and FIG. 3D shows a process for forming a lens. FIG. 3E is a cross-sectional view for explaining the sealing process of the light-emitting diode element with a lens.
本実施の形態に示す発光装置の製造方法は、「素子搭載基板の形成」及び「発光ダイオード素子の実装」・「ケースの形成」・「レンズの形成」・「レンズ付き発光ダイオード素子の封止」の各工程が順次実施されるため、これら各工程を順次説明する。 The manufacturing method of the light-emitting device shown in this embodiment includes “formation of an element mounting substrate” and “mounting of a light-emitting diode element”, “formation of a case”, “formation of a lens”, “sealing of a light-emitting diode element with a lens” Since each process of "is performed sequentially, each of these processes is demonstrated sequentially.
「素子搭載基板(主素子搭載基板)の形成」
先ず、セラミックス(Al2O3)基板の表面及び裏面・側面に対して回路パターン600,601に応じたペースト状のタングステン(W)によるスクリーン印刷処理を施す。
"Formation of element mounting substrate (main element mounting substrate)"
First, a screen printing process using paste-like tungsten (W) corresponding to the
次に、スクリーン印刷処理が施されたセラミックス基板に熱処理を施すことによりペースト状のタングステンを焼き付けるとともに、さらにこの焼き付け済みのタングステン(回路パターン600,601)上に金(Au)めっき処理を施す。この場合、タングステン上に金めっき処理が施されると、図3(a)に示すように主素子搭載基板6Aが形成される。
Next, paste-like tungsten is baked by performing a heat treatment on the ceramic substrate that has been subjected to the screen printing process, and further, a gold (Au) plating process is performed on the baked tungsten (
「発光ダイオード素子の実装」
予め発光ダイオード素子4がスタッドバンプ13,14を介して搭載された副素子搭載基板6Bの回路パターン602,603をそれぞれ主素子搭載基板6Aの回路パターン600,601(素子搭載部)に半田接合等によって接合する。
"Mounting light-emitting diode elements"
The
次に、主素子搭載基板6Aの回路パターン600,601と副素子搭載基板6Bの回路パターン602,603とをボンディングワイヤ12によって接続する。この場合、回路パターン600,601と回路パターン602,603とが接続されると、図3(b)に示すように発光ダイオード素子4が主素子搭載基板6A上に副素子搭載基板6Bを介して実装される。
Next, the
「ケースの形成」
主素子搭載基板6Aの素子搭載側であって、発光ダイオード素子4及び副素子搭載基板6B・ボンディングワイヤ12を内部に収容するような位置にケース3を接着剤によって貼付する。この場合、ケース3が主素子搭載基板6A上に貼付されると、図3(c)に示すようにケース3及び主素子搭載基板6Aとが一体化される。
"Case formation"
The
「レンズの形成」
針状のノズルN(図3(d)に示す)から所定量のレンズ素材(所定の粘性をもつ液状のシリコーン)を発光ダイオード素子4の光取出面7A上に滴下する。この場合、レンズ素材が光取出面7A上に滴下されると、この光取出面7A上のレンズ素材がその表面張力によって所定のレンズ高さをもつ球状のレンズ中間体に形成される。この場合、レンズ中間体には、照明対象側を指向する第1光出射面5a及びこの第1光出射面5aの反照明対象側で光取出面7Aと平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面5bを含む光学形状面5Aとなる曲率面が設けられる。
"Lens formation"
A predetermined amount of lens material (liquid silicone having a predetermined viscosity) is dropped onto the light extraction surface 7A of the light emitting
次に、レンズ中間体に熱処理(熱硬化処理)を施す。この場合、レンズ中間体が熱硬化すると、光取出面7Aにおける平面縦横寸法の1/2より大きい寸法に設定されたレンズ高さH(H>0.5mm)をもち、かつ第1光出射面5a及び第2光出射面5bを含む光学形状面5Aを有するレンズ5が光取出面7A上に形成される。これにより、図3(d)に示すように、レンズ5によって被覆してなる光取出面7Aを有する発光ダイオード素子4を備えたレンズ付き発光ダイオード素子2がケース3内に形成される。
Next, heat treatment (thermosetting treatment) is performed on the lens intermediate. In this case, when the lens intermediate is thermally cured, the first light exit surface has a lens height H (H> 0.5 mm) set to a dimension larger than ½ of the plane vertical and horizontal dimensions of the light extraction surface 7A. A
「レンズ付き発光ダイオード素子の封止」
ケース3内の内部空間3aに封止用の液状樹脂(YAG等の蛍光体を含有するシリコーン)を注入する。
"Encapsulation of light emitting diode element with lens"
A liquid resin for sealing (silicone containing a phosphor such as YAG) is injected into the internal space 3 a in the
次に、ケース3内の液状樹脂に熱処理(熱硬化処理)を施すことにより、ケース3内に封止部材15を充填する。この場合、ケース3内に封止部材15が充填されると、図3(e)に示すようにレンズ付き発光ダイオード素子2及びボンディングワイヤ12・副素子搭載基板6Bが封止部材15によって封止される。
このようにして、レンズ付き発光ダイオード素子2を備えた発光装置1を製造することができる。
Next, the liquid resin in the
In this manner, the light emitting device 1 including the light emitting diode element 2 with a lens can be manufactured.
なお、本実施の形態においては、発光ダイオード素子4から放射される放射光(青色光)を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する蛍光体を含有する封止部材15である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、発光ダイオード素子として紫色光(波長370〜390nm)を放射する発光ダイオード素子とし、この発光ダイオード素子から放射される放射光を受けて励起されることにより白色の波長変換光を放射する蛍光体を含有する封止部材であってもよい。
In the present embodiment, the sealing member 15 contains a phosphor that emits yellow wavelength-converted light when excited by receiving radiation light (blue light) emitted from the light-emitting
また、第1の実施の形態では、蛍光体を含有した封止部材について述べたが、蛍光体を含有しない封止部材で封止しても良い。さらに、発光ダイオード素子4は青色光を放射するものに限らず。他の可視光(370〜700nm)を放射するものであっても良い。また、第1の実施の形態では、縦寸法および横寸法がそれぞれ1mmである正方形タイプの発光ダイオード素子4を用いたが、これに限定されず、他の縦寸法および横寸法の正方形タイプの発光ダイオード素子4にも適用でき、さらに、縦寸法と横寸法とが異なる長方形タイプの発光ダイオード素子4にも適用できる。
In the first embodiment, the sealing member containing the phosphor is described. However, the sealing member may be sealed with a sealing member not containing the phosphor. Furthermore, the light emitting
[第1の実施の形態の効果]
以上説明した第1の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
[Effect of the first embodiment]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1)発光ダイオード素子4の光取出面7Aを被覆するレンズ5には、照明対象側を指向する第1光出射面5a及びこの第1光出射面5aの反照明対象側で光取出面7Aと平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面5bを含む光学形状面5Aが設けられているため、半球状の球面レンズのレンズ高さ(半径)より大きいレンズ高さ(厚さ)Hをもつレンズ5を光取出面7A上に形成することができる。これにより、レンズ5による十分な集光性を得ることができるため、光取出効率を高めることができ、近年における高輝度化及び大出力化に応じることができる。
(1) The
(2)ケース3の内面は、発光ダイオード素子4からの放射光を受けて照明対象側に反射する傾斜面3bで形成されているため、発光ダイオード素子4からの放射光が傾斜面3bで反射され、さらに封止部材15の出射面から照明対象側に向かって白色光として出射され、円形状の面状光源を得る場合の光取り出し効率を高めることができる。
(2) Since the inner surface of the
(3)レンズ5の形成工程及びレンズ付き発光ダイオード素子2の封止工程を同一の工程において実施することができるため、工程数を削減することができ、製造コストの低廉化を図ることができる。
(3) Since the forming process of the
(4)レンズ5の材料がシリコーンからなるため、例えばエポキシ樹脂である場合と比べて耐久性を高めることができ、長期間にわたって使用することができる。
(4) Since the material of the
(5)発光ダイオード素子4の電極側には、光取出面7Aと平行な素子搭載面6bを有する副素子搭載基板6Bが配設されているため、主素子搭載基板6Aに対するレンズ付き発光ダイオード素子2の位置決めを円滑に行うことができ、レンズ付き発光ダイオード素子2の実装効率を高めることができる。
(5) Since the
(6)光取出面7Aの平面形状は、1辺が1mmの寸法をもつ正方形状であるため、大光量の照明光を得ることができ、高輝度・大出力用の照明装置に適用することができる。 (6) Since the planar shape of the light extraction surface 7A is a square having a dimension of 1 mm on one side, a large amount of illumination light can be obtained, and the light extraction surface 7A is applied to a lighting device for high luminance and high output. Can do.
次に、本実施の形態(レンズ付き発光ダイオード素子2)におけるレンズ5のレンズ高さH(図4(a)に示す)について考察する。
Next, the lens height H (shown in FIG. 4A) of the
(1)複数の発光ダイオード素子4を用意し、これら各発光ダイオード素子4の光取出面7A上に所定量のレンズ素材(所定の粘度をもつ液状のシリコーン)を滴下して熱硬化させることにより、各レンズ高さH(光取出面の法線方向寸法)が互いに異なる寸法(H=0〜1100μm)に設定された複数のレンズ5(屈折率n1=1.4)で各光取出面7Aを被覆して複数のレンズ付き発光ダイオード素子2を形成し、これら各レンズ付き発光ダイオード素子2の軸上光度向上率<(レンズ付き発光ダイオード素子の軸上光度−レンズレス発光ダイオード素子の軸上光度)×100%/レンズレス発光ダイオード素子の軸上光度>を測定した。これより、レンズ高さ(光取出面の法線方向寸法)Hを大きくすればする程、軸上光度向上率が高くなることが確認された。特に、レンズ高さHがH=1000μmより大きくなると、軸上光度向上率が大幅に高くなる。
(1) A plurality of light emitting
(2)上記(1)と同様に複数の発光ダイオード素子4を用意し、上記(1)のレンズ素材と組成が異なるレンズ素材(シリコーン)を各発光ダイオード素子4の光取出面7A上に滴下し、各レンズ高さHが互いに異なる寸法(H=0〜1100μm)に設定された複数のレンズ5(屈折率n2=1.5)で各光取出面7Aを被覆して複数のレンズ付き発光ダイオード素子2を形成し、上記(1)と同様に各レンズ付き発光ダイオード素子2の軸上光度向上率を測定したところ、上記(1)の測定結果と略同様の測定結果が得られた。すなわち、レンズ高さHが300μmになると一定の軸上光度向上率が得られる。さらに、1000μm以上にすると大幅に上昇するが、1200μm以上になるとポッティングでレンズ5を形成することが困難になる。そのため、レンズ高さHは300μmでかつ1200μm以下が好ましく、さらに1000μm以上で1200μm以下であることがより好ましい。本実施の形態では、発光ダイオード素子4が一辺1mmであることを考慮すると、発光ダイオード素子4の一辺に対するレンズ高さの比率が0.3以上でかつ1.2以下であることが好ましく、さらに1.0以上でかつ1.2以下であることがより好ましい。
(2) A plurality of light emitting
よって、軸上光度向上率を高めるためには、レンズ素材の材質によらず、レンズ高さHを高くすればよいことになる。このことは、図4(b)のグラフ(屈折率n1=1.4のレンズ5における測定結果については実線で、また屈折率n2=1.5のレンズ5における測定結果については1点鎖線でそれぞれ示す)に示す通りである。
Therefore, in order to increase the on-axis luminous intensity improvement rate, the lens height H should be increased regardless of the material of the lens material. This is shown by the graph in FIG. 4B (the measurement result for the
[第2の実施の形態]
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る発光装置(図5ではレンズ付き発光ダイオード素子のみを示す)を説明するために示す断面図である。図5において、図2と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a light emitting device (only a light emitting diode element with a lens is shown in FIG. 5) according to a second embodiment of the present invention. 5, the same members as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図5に示すように、第2の実施の形態に示すレンズ付き発光ダイオード素子51は、レンズ52に光拡散材(シリカ)が含有されている点に特徴がある。 As shown in FIG. 5, the lens-equipped light-emitting diode element 51 shown in the second embodiment is characterized in that a light diffusing material (silica) is contained in the lens 52.
このため、レンズ52を形成するにあたり、光拡散材を含有する所定量のレンズ素材(所定の粘性をもつ液状のシリコーン)を発光ダイオード素子4の光取出面7A上に滴下する必要がある。
Therefore, when forming the lens 52, it is necessary to drop a predetermined amount of lens material (liquid silicone having a predetermined viscosity) containing a light diffusing material onto the light extraction surface 7A of the light emitting
なお、第2の実施の形態におけるレンズ付き発光ダイオード素子51を備えた発光装置(図示せず)の他の構成については、第1の実施の形態における発光装置1の構成と同様である。 In addition, about the other structure of the light-emitting device (not shown) provided with the light emitting diode element 51 with a lens in 2nd Embodiment, it is the same as that of the structure of the light-emitting device 1 in 1st Embodiment.
[第2の実施の形態の効果]
以上説明した第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果(1)〜(6)に加え、次に示す効果が得られる。
[Effect of the second embodiment]
According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (6) of the first embodiment.
レンズ付き発光ダイオード素子51のレンズ52には光拡散材が含有されているため、発光ダイオード素子4から放射される青色の放射光と封止部材15(図1に示す)から放射される黄色の波長変換光との均一な混合状態を得ることができ、良好な白色光を照明対象側に照射することができる。
Since the lens 52 of the lens-equipped light-emitting diode element 51 contains a light diffusing material, the blue radiation emitted from the light-emitting
[第3の実施の形態]
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る発光装置を説明するために示す断面図である。図6において、図1と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Third embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a light emitting device according to the third embodiment of the present invention. 6, the same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6に示すように、第3の実施の形態に示す発光装置61は、封止部材15に蛍光体を含有せず、レンズ62に蛍光体(発光ダイオード素子4から放射される青色の放射光を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を放射する蛍光体)を含有してなるレンズ付き発光ダイオード素子63を備えた点に特徴がある。 As shown in FIG. 6, in the light emitting device 61 shown in the third embodiment, the sealing member 15 does not contain a phosphor, and the lens 62 has a phosphor (blue emitted light emitted from the light emitting diode element 4). It is characterized in that it includes a light-emitting diode element 63 with a lens containing a phosphor that emits yellow wavelength-converted light when excited by light.
このため、レンズ62を形成するにあたり、蛍光体(YAG)を含有する所定量のレンズ素材(所定の粘性をもつ液状のシリコーン)を発光ダイオード素子4の光取出面7A上に滴下する必要がある。
Therefore, when forming the lens 62, it is necessary to drop a predetermined amount of lens material (liquid silicone having a predetermined viscosity) containing phosphor (YAG) onto the light extraction surface 7A of the light emitting
[第3の実施の形態の効果]
以上説明した第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果(1)〜(6)に加え、次に示す効果が得られる。
[Effect of the third embodiment]
According to the third embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (6) of the first embodiment.
封止部材15には蛍光体を含有しないため、ケース3の内容積がレンズ5の体積より大きい場合には蛍光体の使用量を低減することができ、この点においても製造コストの低廉化を図ることができる。
Since the sealing member 15 does not contain a phosphor, the amount of phosphor used can be reduced when the internal volume of the
1,61…発光装置、2,51,63…レンズ付き発光ダイオード素子、3…ケース、3a…内部空間、3b…傾斜面、4…発光ダイオード素子、4A,4B…コンタクト電極、5,52,62…レンズ、5A…光学形状面、5a…第1光出射面、5b…第2光出射面、6…素子搭載基板、6A…主素子搭載面、600,601…回路パターン、6B…副素子搭載基板、602,603…回路パターン、7…サファイア基板、7A…光取出面、8…バッファ層、9…n型半導体層、10…発光層、11…p型半導体層、12…ボンディングワイヤ、13,14…スタッドバンプ、15…封止部材、H…レンズ高さ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,61 ... Light-emitting device, 2,51,63 ... Light-emitting diode element with a lens, 3 ... Case, 3a ... Internal space, 3b ... Inclined surface, 4 ... Light-emitting diode element, 4A, 4B ... Contact electrode, 5,52, 62 ... lens, 5A ... optical shape surface, 5a ... first light emitting surface, 5b ... second light emitting surface, 6 ... element mounting substrate, 6A ... main element mounting surface, 600, 601 ... circuit pattern, 6B ... subelement Mounting substrate, 602, 603 ... circuit pattern, 7 ... sapphire substrate, 7A ... light extraction surface, 8 ... buffer layer, 9 ... n-type semiconductor layer, 10 ... light emitting layer, 11 ... p-type semiconductor layer, 12 ... bonding wire, 13, 14 ... Stud bump, 15 ... Sealing member, H ... Lens height
Claims (9)
前記レンズには、照明対象側を指向する第1光出射面及び前記第1光出射面の反照明対象側で前記光取出面と平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面を含む光学形状面が設けられていることを特徴とするレンズ付き発光ダイオード素子。 A light-emitting diode element with a lens including a light-emitting diode element having a light extraction surface covered with a lens,
The lens includes a first light exit surface directed toward the illumination target side and a second light exit surface that bulges in a virtual plane direction parallel to the light extraction surface on the side opposite to the illumination target side of the first light exit surface. A light-emitting diode element with a lens, wherein an optically shaped surface is provided.
前記ケースに固定されて素子搭載部を有する素子搭載基板と、
前記素子搭載部上に搭載され、レンズによって被覆してなる光取出面を有する発光ダイオード素子と、
前記発光ダイオード素子を前記ケース内で封止する封止部材とを備えた発光装置であって、
前記レンズは、請求項1〜5のいずれかに記載のレンズであることを特徴とする発光装置。 A case that opens to the illumination target side;
An element mounting substrate fixed to the case and having an element mounting portion;
A light emitting diode element mounted on the element mounting portion and having a light extraction surface covered with a lens;
A light emitting device including a sealing member for sealing the light emitting diode element in the case,
The said lens is a lens in any one of Claims 1-5, The light-emitting device characterized by the above-mentioned.
前記光取出面に液状のレンズ素材を滴下することにより前記レンズを形成する工程を備え、
前記レンズを形成するにあたり、照明対象側を指向する第1光出射面及び前記第1光出射面の反照明対象側で前記光取出面と平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面を含む光学形状面を前記レンズ素材に設けることを特徴とするレンズ付き発光ダイオード素子の製造方法。 A method for producing a light-emitting diode element with a lens comprising a light-emitting diode element having a light extraction surface covered with a lens,
Comprising the step of forming the lens by dropping a liquid lens material onto the light extraction surface;
In forming the lens, a first light exit surface directed toward the illumination target side and a second light exit surface bulging in a virtual plane direction parallel to the light extraction surface on the side opposite to the illumination target side of the first light exit surface A method for manufacturing a light-emitting diode element with a lens, comprising providing the lens material with an optically shaped surface.
前記ケースに固定されて素子搭載部を有する素子搭載基板と、
前記素子搭載部上に搭載され、レンズによって被覆してなる光取出面を有する発光ダイオード素子と、
前記発光ダイオード素子を前記ケース内で封止する封止部材とを備えた発光装置を製造する方法であって、
予め前記素子搭載部上に搭載された前記発光ダイオード素子の光取出面に液状のレンズ素材を滴下することにより前記レンズを形成する工程と、
前記ケース内でレンズ付き発光ダイオード素子を封止部材によって封止する工程とを備え、
前記レンズを形成するにあたり、照明対象側を指向する第1光出射面及び前記第1光出射面の反照明対象側で前記光取出面と平行な仮想面方向に膨出する第2光出射面を含む光学形状面を前記レンズ素材に設けることを特徴とする発光装置の製造方法。 A case that opens to the illumination target side;
An element mounting substrate fixed to the case and having an element mounting portion;
A light emitting diode element mounted on the element mounting portion and having a light extraction surface covered with a lens;
A method of manufacturing a light emitting device comprising a sealing member for sealing the light emitting diode element in the case,
Forming the lens by dropping a liquid lens material on the light extraction surface of the light emitting diode element mounted on the element mounting portion in advance;
A step of sealing the light emitting diode element with a lens by a sealing member in the case,
In forming the lens, a first light exit surface directed toward the illumination target side and a second light exit surface bulging in a virtual plane direction parallel to the light extraction surface on the side opposite to the illumination target side of the first light exit surface A method for manufacturing a light emitting device, comprising: providing an optically shaped surface including:
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