JP2006352036A

JP2006352036A - 白色半導体発光素子

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Publication number: JP2006352036A
Application number: JP2005179658A
Authority: JP
Inventors: Tomio Inoue; 登美男井上
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】発光色変換部材を含む樹脂を直接ＬＥＤチップの外周に密着させて設け、それぞれの発光色変換部材が混合しないように付着させることにより、外部量子効率を高くすることができる白色半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ２の外表面を覆うように、ＬＥＤチップ２が発光する青色または紫外の光を赤色に変換する赤色変換部材４ａが混入された第１の樹脂層４およびＬＥＤチップ２により発光する青色または紫外の光を緑色に変換する緑色変換部材５ａが混入された第２の樹脂層５が、少なくとも別々の層として、ＬＥＤチップ２に密着して設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は青色または紫外の光を発光する発光素子チップと、青色または紫外の光を赤色および緑色などに変換する発光色変換部材を用いて白色光を発光させる白色半導体発光素子に関する。さらに詳しくは、緑色などに変換した光をさらに赤色などに変換することなどに起因して、余計な色変換部材を用いることなどが無く、効率よく白色に変換して、高輝度の白色光が得られる白色半導体発光素子に関する。

従来、たとえば青色発光の発光素子チップ（ＬＥＤチップ）を用いた白色の半導体発光素子は、たとえば図９に示されるように、青色光を発光するＬＥＤチップ３３上に蛍光層３４を付着させて覆い、その周囲を透明な樹脂３６で被覆することにより形成されている（たとえば特許文献１参照）。図９において、３１、３２は一対のリードで、一方のリード３１の凹部内にＬＥＤチップ３３がダイボンディングされ、他方の電極はワイヤ３５により他方のリード３２と接続されてランプ型の発光素子を構成している。しかし、このような白色発光素子では、蛍光層３４中に赤色蛍光体３４ａと緑色蛍光体３４ｂとが混在しているため、緑色に変換した光が赤色蛍光体３４ａに吸収されるとさらに赤色に変換され、混合する光の割合が一定せず、安定した発光色の白色が得られないと共に、蛍光層３４に何度も吸収されると蛍光体の変換効率が１００％ではないために光が減衰し、輝度が低下するという問題がある。

このような問題を解決するため、たとえば図１０に示されるように、紫外光の光源４１上に、赤色蛍光体含有層４２、緑色蛍光体含有層４３、青色蛍光体含有層４４を別々に積層したり、平面的に別々に並べたりすることにより、緑色や青色に変換した光がさらに赤色蛍光体４２などにより変換されないようにする構造のものも知られている（たとえば特許文献２参照）。
特開２００４−３２７５１８号公報特開２００４−０７１３５７号公報

前述のように、白色の発光素子を得るには、青色発光のＬＥＤに緑色および赤色に変換する蛍光体を塗布するか、紫外光発光のＬＥＤに赤色、緑色、青色に変換する蛍光体を塗布することにより、赤、緑、青、の３原色の色の光を生成し、混合して白色光にする方法がとられている。この場合、赤や緑の蛍光物質を混合したものを用いると、緑色に変換した光が再度赤色に変換されるなど光の減衰が多くなると共に、各色への変換量が一定しないという問題がある。また、それぞれの蛍光層を別々に設けても、ＬＥＤから離れて蛍光層が設けられると、蛍光層の量が多くなって損失が増えるだけではなく、ＬＥＤと蛍光層との間での反射などにより光が減衰し、外部量子効率が低下するという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、発光色変換部材を含む樹脂を直接ＬＥＤチップの外周に密着させて設け、それぞれの発光色変換部材が混合しないように付着させることにより、外部量子効率を高くすることができる白色半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明者は、輝度の大きい白色半導体発光素子を得るため鋭意検討を重ねた結果、前述のように、たとえば青色の光を発光する発光素子と発光色変換部材を含有する樹脂とにより白色光の発光素子とする場合、各発光色変換部材を混合すると一旦変換した緑色が再度赤色に変換されることにより無駄が発生し、別々に発光色変換部材を含有する樹脂層が用いられても、その発光色変換部材を含有する樹脂層が発光素子チップから離れて設けられると、光が減衰して輝度が低下し、外部量子効率が低くなることを見出した。そして、発光素子チップの周囲に直接発光色変換部材を含有する樹脂を密着させて、しかもそれぞれの発光色変換部材を混合させないように別の層として、それぞれ薄い層にして設けられることにより、外部量子効率を向上させて輝度を大きくすることができることを見出した。

本発明による白色半導体発光素子は、発光素子チップで発光する青色または紫外の光を、発光色変換部材を混入した樹脂を透過させることにより白色光に変換して放射する白色半導体発光素子であって、前記発光素子チップの外表面を覆うように、少なくとも該発光素子チップが発光する青色または紫外の光を赤色に変換する赤色変換部材が混入された第１の樹脂層および前記発光素子チップにより発光する青色または紫外の光を緑色に変換する緑色変換部材が混入された第２の樹脂層が、別々の層として設けられている。

前記発光素子チップの側壁外周に前記第１および第２の樹脂層の少なくとも一方が固着され、該第１および第２の樹脂層の少なくとも一方が固着された発光素子チップが絶縁性基板の表面またはリード先端部にマウントされることにより、小さな発光素子チップでもその周囲のみに樹脂層を設けた白色半導体発光素子が得られる。

前記第１および第２の樹脂層の少なくとも一方が固着された発光素子チップがマウントされた後に、該発光素子チップの上面側に露出する面に前記第１および第２の樹脂層のいずれか、または前記発光素子チップが発光する紫外光を青色に変換する青色変換部材が混入された第３の樹脂層が塗布により設けられてもよい。発光素子チップが青色発光の場合には、樹脂層を設けないで発光素子チップの露出面を青色発光領域とすることもできる。

前記発光素子チップの側面に設けられる樹脂層が、所望の面積比で２種類形成される構造にすることもできるし、前記発光素子チップの側面に設けられる樹脂層が、発光素子チップ側壁の全周に前記第１の樹脂層と、該第１の発光色変換樹脂の周囲に接触して設けられる前記第２の樹脂層の２層構造にすることもできる。

前記発光素子チップが絶縁性基板の表面またはリード先端部にマウントされた状態で、前記第１の樹脂層が塗布により前記発光素子チップを覆うように設けられ、該第１の樹脂層の表面に前記発光素子チップを覆うように前記第２の樹脂層が塗布により設けられても、発光素子チップの周囲のみに各樹脂層を別々に設けることができる。

本発明によれば、発光素子チップの周囲に直接発光色変換部材を含有する樹脂層が発光素子チップに密着して発光素子チップの周囲のみに設けられているため、発光素子チップから発光する光を無駄なく所望の発光色に変換することができ、吸収などによる光の減衰を抑制することができる。しかも、異なる色の光に変換する発光色変換部材が混入された樹脂層が別々に設けられているため、たとえば一度緑色に変換された光が再度赤色に変換されるという無駄もなくなる。なお、樹脂層が重ねられる場合でも、発光素子チップ側に波長の長い光に変換する第１の樹脂層が設けられているため、たとえば発光素子チップから放射される青色光が赤色に変換してその赤色光が緑色に変換する第２の樹脂層を透過しても、緑色変換部材は、その材料のバンドギャップエネルギーより小さいエネルギーの光、すなわち緑色よりも波長の長い光を吸収することなくそのまま透過させるため、赤色に変換した光が再度変換されることはない。

その結果、たとえば青色光を発光する発光素子チップからの光の一部が第１の樹脂層で赤色光になり、第２の樹脂層で緑色光になり、いずれでも変換されずにそのまま放射される青色光と混合して白色光となり、樹脂層が発光素子チップに密着してその周囲のみに設けられているため、光の減衰が少なく、非常に外部量子効率が優れ、安定した色で艶色性のある白色半導体発光素子となる。なお、発光素子チップが紫外光を発光する場合には、さらに青色変換部材を含有する第３の樹脂層が、発光素子チップの外壁の一部または樹脂層の最外周に設けられることにより、赤、緑、青の３原色を混合して白色光にすることができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明の白色半導体発光素子について説明をする。本発明による白色半導体発光素子は、図１（ａ）にその一実施形態の断面説明図が示されるように、発光素子チップ（以下、ＬＥＤチップともいう）２の外表面を覆うように、ＬＥＤチップ２が発光する青色または紫外の光を赤色に変換する赤色変換部材４ａが混入された第１の樹脂層４およびＬＥＤチップ２により発光する青色または紫外の光を緑色に変換する緑色変換部材５ａが混入された第２の樹脂層５が、少なくとも別々の層として、ＬＥＤチップ２に密着してその周囲のみに設けられている。

図１に示される例では、チップ型発光素子で、青色発光のＬＥＤチップ２の例が示されており、両端部に一対の電極膜１１、１２が形成される絶縁性基板１上に、たとえば青色の光を発光するＬＥＤチップ２がマウントされ、ＬＥＤチップ２の一対の電極は接続手段３（３１、３２）により、一対の電極膜（第１および第２の電極膜）１１、１２とそれぞれ電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２の側壁には、ＬＥＤチップ２が発光する青色の光を赤色に変換する赤色変換部材４ａが混入された第１の樹脂層４が被着されており、ＬＥＤチップ２の上面には、ＬＥＤチップ２が発光する青色光を緑色に変換する緑色変換部材５ａが混入された第２の樹脂層５が、ワイヤ３２のボンディング後に、たとえばディスペンサなどによる塗布により設けられている。しかし、ＬＥＤチップ２が紫外光を発光する場合には、さらに別の場所または第１もしくは第２の樹脂層４、５の外周のどこかに、紫外光を吸収して青色光を放射する青色変換部材を含有し青色光に変換する第３の樹脂層が設けられる。

赤色に変換する第１の樹脂層４は、たとえばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂のような通常の透光性樹脂に、赤色よりも波長の短い光を吸収して赤色に変化する赤色変換部材４ａを混入したもので、図１に示される例では、予めＬＥＤチップ２の側面周壁に固着されている。発光色変換部材は、この物質より大きいバンドギャップエネルギーを有する光、すなわちこの物質のバンドギャップエネルギーに相当する波長よりも短い波長の光を吸収して、この物質のバンドギャップに相当する光を発光するもので、赤色変換部材４ａとしては、たとえばユウロピウムで付活された酸化イットリウムやその複合酸化物、ユウロピウムで付活されたフッ化物蛍光体などを用いることができる。このように、発光色変換部材のバンドギャップエネルギーに相当する波長よりも短い波長の光を吸収するため、本発明では、後述する第２の樹脂層とは異なる場所に設けられるか、重なる場合には、変換する光の波長が最も長い発光色変換部材を用いた樹脂層がＬＥＤチップ２側に設けられ、その外側に変換する光の波長の短い発光色変換部材を用いた樹脂層が設けられる構造になっている。その結果、ＬＥＤチップ２で発光する青色の光の一部が吸収されて赤色の光に変換された光は第２の樹脂層５では吸収されない。

このようなＬＥＤチップ２の側壁周囲に第１の樹脂層４を固着させる方法としては、たとえば図２に示されるよう方法で形成することができるが、この例に限定されるものではない。すなわち、まず図２（ａ）に示されるように、たとえばポリエステルなどからなる第１の流し込みシート５１にＬＥＤチップ２をマトリクス状に配列する。第１の流し込みシートに代えて、半導体層を積層するウェハの状態からＬＥＤチップ２を完全に分離しないでその間に溝を形成し、ウェハの基板を薄く残しておいてもよい。配列する各ＬＥＤチップ２の間隔ｄは、ＬＥＤチップ２の側壁に形成する発光色変換樹脂層の厚さの２倍と切断する際のブレードの厚さ分を加えた程度の寸法で、たとえば０.０５〜０.２ｍｍ程度の間隔ｄで整列する。その後、図２（ｂ）に示されるように、上面に前述のシートと同様の第２の流し込みシート５２を貼着する。

そして、図２（ｃ）に示されるように、両シート５１、５２の間隙に、前述の赤色変換部材を混入した樹脂を流し込み第１の樹脂層４とする。この樹脂は、どの色に変換するかによりその色の発光色変換部材が混入された樹脂を用いることができるし、後述するように、外周を２以上に分割して異なる発光色変換用の樹脂を用いることもできる。その後、両面から図示しない抑え板で挟みつけて硬化炉で昇温して樹脂を硬化させる。そして、図２（ｄ）に示されるように、上面の第２のシート５２を剥がし、有機処理により露出面の電極などに付着している樹脂を除去する。そして、ダイサー５３で、ＬＥＤチップ２の間隔の中間部を切断して各チップ２に分離することにより、図１に示されるような側壁周囲に第１の樹脂層４が固着されたＬＥＤチップ２が得られる。

第２の樹脂層５は、同様にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂に緑色変換部材５ａを混入したものが用いられる。緑色変換部材５ａとしては、たとえば２価のマンガンおよびユーロピウムで付活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体や、３価のテルビウムまたはセリウムで付活された希土類ケイ酸塩蛍光体などを用いることができる。

なお、図１に示される例では、ＬＥＤチップ２として青色発光のチップを用いているため、赤および緑に変換する第１および第２の樹脂層４、５が設けられているが、ＬＥＤチップ２として、たとえば紫外光を発光するチップが用いられる場合には、ＬＥＤチップ２の周囲もしくは上面のどこか、または第１および／または第２の樹脂層４、５の外周にさらに青色に変換する青色変換部材を混入した樹脂により第３の樹脂層を前述の各樹脂層４、５とは別の層として形成することもできる。そうすることにより、ＬＥＤチップ２から発光する紫外光を赤、緑、青の３原色に変換して混色されることにより、白色光にすることができる。この場合、青色変換部材としては、たとえばハロリン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ケイ酸塩蛍光体などを用いることができ、付活剤としては、たとえばセリウム、ユウロピウム、マンガン、ガドリニウム、サマリウム、テルビウム、スズ、クロム、アンチモンなどを用いることができる。

ＬＥＤチップ２に発光色変換部材を混入した樹脂層を直接設ける場合、前述のようにＬＥＤチップ２の側面全周に同じ樹脂層を設けなくても、たとえば図３に同様のＬＥＤチップ２の平面およびその中心部での断面の説明図が示されるように、第１の樹脂層４と第２の樹脂層５を半分づつ形成することもできるし、図４に同様の平面およびその中心部での断面の説明図が示されるように、たとえば輝度が低下しやすい緑色の発光面積を多くするように、第２の樹脂層５の形成部分を多くすることもできる。このような場合、前述の樹脂の流し込みを２回に分けて行い、１回目の樹脂の流し込みの際には、２回目の樹脂層の形成場所には樹脂が流れ込まないように治具などで閉塞しておくことにより、１回目の樹脂を流し込んで、ある程度固化した後に、再度２回目の樹脂を流し込んでから、硬化処理をすることにより、２層の樹脂層を別々の層として形成することができる。同様に３層の形成をすることもできる。

また、ＬＥＤチップ２の側面を面積で分けるのではなく、たとえば図５に示されるように、図１と同様に第１の樹脂層４を側面全周に形成した後、その外周にさらに第２の樹脂層５を形成してもよい。この場合も、第１の樹脂層４を形成する際に、第２の樹脂層の部分を治具などにより閉塞しておき、ある程度固化した後に再度第２の樹脂層を形成してその後に硬化処理をすることにより形成することができる。

絶縁性基板１は、通常のチップ型発光素子の基板と同様のものを用いることができるが、たとえばアルミナ、ＢＴレジンなどからなり、０.０６〜０.５ｍｍ程度の厚さのものを用いることができる。図１（ａ）に示される発光素子としての大きさは、縦×横×高さが０.６〜１ｍｍ×１.５〜４ｍｍ×０.３〜１ｍｍ程度に形成されるが、製造段階では、１０×５ｃｍ程度の大きい基板に縦横に並列して複数個分同時に製造される。この大きな基板表面に、ＡｇやＡｕなどからなる一対の電極膜１１、１２が複数個分まとめて印刷やメッキなどにより形成され、基板１の裏面にも裏面電極膜１１ａ、１２ａが形成され、スルーホールによる側面電極１１ｂ、１２ｂにより表面の電極膜１１、１２と裏面電極１１ａ、１２ａとが接続されている。

図１に示される例では、青色発光のＬＥＤチップ２が用いられており、たとえば図６（ａ）に一例の断面構成例が示されるように、窒化物半導体を用いたＬＥＤとして形成されている。しかし、この例に限定されず、酸化亜鉛系（ＺｎＯ系）化合物などを用いることもできる。このＬＥＤチップ２は、図１（ｂ）および（ｃ）に平面およびその中心部の断面の説明図が示されるように、たとえば前述の図２に示される方法で、その側壁に第１の樹脂層４が設けられている。ＬＥＤチップ２は、紫外光を発光する場合でも、同様に窒化物半導体や酸化亜鉛系化合物を用いて発光するように形成され、前述のように、赤色、緑色、青色の変換部材を用いた第１〜第３の樹脂層を用いることにより白色光にすることもできる。このＬＥＤチップ２は、たとえば縦×横×高さが０.３ｍｍ×０.３ｍｍ×０.１２ｍｍ程度の大きさに形成される。なお、この例では、ＬＥＤチップ２の外形が断面形状で台形状になっているが、直方体または立方体形状でもよい。しかし、テーパ状になっていることにより、周壁に設けられる第１の樹脂層４の固着性が向上する。このような台形状にするには、たとえばウェハからチップ化する場合に、厚さがテーパ状になったブレードを用いることにより、切断溝がテーパ状になって台形状のＬＥＤチップ２が得られる。

ここに窒化物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部または全部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物（窒化物）からなる半導体をいう。また、酸化亜鉛系化合物とは、Ｚｎを含む酸化物を意味し、具体例としては、ＺｎＯの他、IIＡ族元素とＺｎ、IIＢ族元素とＺｎ、またはIIＡ族元素およびIIＢ族元素とＺｎのそれぞれの酸化物を含むものを意味する。

窒化物半導体を用いたＬＥＤは、図６（ａ）に示されるように、たとえばｎ形ＳｉＣ基板２１上に、たとえばＡｌＧａＮ系化合物（Ａｌの混晶比が０の場合も含み、種々のものを含むことを意味する、以下同じ）からなる低温バッファ層２２が０.００５〜０.１μｍ程度設けられている。そして、このバッファ層２２上に、たとえばｎ形ＧａＮ層などにより形成されるｎ形層２３が１〜５μｍ程度、たとえば１〜３ｎｍ程度のＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎからなるウェル層と１０〜２０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とが３〜８ペア積層される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層２４が０.０５〜０.３μｍ程度、たとえばｐ形ＧａＮ層などにより形成されるｐ形層２５が０.２〜１μｍ程度の厚さに順次積層されることにより半導体積層部２９が形成されている。そして、ｐ形層２５の表面に、たとえばＺｎＯからなる透光性導電層２６が０.１〜１０μｍ程度設けられ、その上の一部に、Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕなどの積層構造により、全体として０.１〜１μｍ程度の厚さのｐ側電極２７が、ＳｉＣ基板１の裏面にＴｉ-Ａｌ合金またはＴｉ／Ａｕの積層構造などで、全体として０.１〜１μｍ程度の厚さのｎ側電極２８がそれぞれ設けられることにより形成されている。なお、前述の台形状のチップにする場合、図６（ｂ）に概略図が示されるように、ＳｉＣ基板２１の裏面側から光を放射するように、ｎ側電極２８を小さく形成し、ｐ側電極２７を大きくして、ＳｉＣ基板２１をテーパ形状にすることが好ましい。

前述の例では、基板としてＳｉＣ基板を用いたが、この材料に限らず、ＧａＮやＧａＡｓなど他の半導体基板を用いることもできるし、サファイア基板を用いることもできる。ＳｉＣなどの半導体基板であれば、図６に示されるように、一方の電極を基板の裏面に設けることができるが、サファイアのような絶縁性の基板の場合には、積層された半導体層の一部をエッチングで除去して下層の導電形層（図６（ａ）の構成ではｎ形層２３）を露出させて、その露出部分に電極が形成される。なお、半導体基板を用いる場合、前述の例ではｎ形基板を用いて下層にｎ形層を形成しているが、基板および下層をｐ形層にすることも可能である。また、バッファ層２２も前述のＡｌＧａＮ系化合物には限定されず、他の窒化物層または他の半導体層などを用いることもできる。基板が絶縁基板である場合には、前述の絶縁性基板１に設けられる一対の電極膜１１、１２との接続手段は、両方ともワイヤボンディングにより形成されるか、フェースダウンで両電極膜１１、１２に直接接着剤により接続することもできる。

さらに、ｎ形層２３およびｐ形層２５は、前述のＧａＮ層に限らず、ＡｌＧａＮ系化合物などでもよく、また、それぞれが単層ではなく、活性層側にＡｌＧａＮ系化合物のようなバンドギャップが大きくキャリアを閉じ込めやすい材料と、活性層と反対側にキャリア濃度を大きくしやすいＧａＮ層などとの複層で形成することもできる。また、活性層２４は、所望の発光波長に応じて、その材料は選択され、また、ＭＱＷ構造に限らず、ＳＱＷまたはバルク層で形成されてもよい。さらに、透光性導電層２６もＺｎＯに限定されるものではなく、ＩＴＯまたはＮｉとＡｕとの２〜１００ｎｍ程度の薄い合金層でもよく、光を透過させながら、電流をチップ全体に拡散することができるものであればよい。Ｎｉ-Ａｕ層の場合、金属層であることから厚くすると透光性でなくなるため、薄く形成されるが、ＺｎＯやＩＴＯの場合は光を透過させるため、厚くても構わない。

このＬＥＤチップ２が、たとえば第１の電極膜１１上に導電性接着剤３１（接続手段３）を介してダイボンディングされることにより、ＬＥＤチップ２の上部電極（ｐ側電極２７）が第１の電極膜１１と電気的に接続され、基板側の電極（ｎ側電極２７）が金線などのワイヤ３２（接続手段３）により第２の電極膜１２と電気的に接続されている。このＬＥＤチップ２の側壁に、前述の図２に示されるような方法などにより、発光色変換部材が混入された樹脂層が設けられることにより、発光色変換部材をＬＥＤチップ２に密着してその周囲のみに設けやすい。

つぎに、この白色発光素子の製法を説明する。なお、まず、ＢＴレジンなどの絶縁性基板１上に一対の電極膜１１、１２を形成する。前述のように複数個一度に製造するための大きな絶縁性基板１を用い、その表面にフォトリソグラフィ工程とメッキ工程により、一対の電極膜１１、１２を形成すると共に、スルーホールを介して絶縁性基板１の裏面で、一対の電極膜１１、１２に対応する部分の端部側に裏面電極１１ａ、１２ａを形成する。

つぎに、一対の電極膜１１、１２の一方または絶縁性基板１の表面に青色または紫外の光を発光し、その側壁に第１の樹脂層４が固着されたＬＥＤチップ２をマウントし、ＬＥＤチップ２の一対の電極（ｐ側電極およびｎ側電極）を一対の電極膜１１、１２と電気的にそれぞれ接続する。図１に示される例では、ＬＥＤチップ２のｐ側電極が第１の電極膜１１と導電性接着剤３１（接続手段３）により接続され、ｎ側電極（基板側電極）がワイヤ３２（接続手段３）をボンディングすることにより第２の電極膜１２と電気的に接続されている。

その後、たとえば液晶ポリマー系樹脂により形成した反射ケース６を各素子の周囲に貼り付ける。この反射ケース６は、ＬＥＤチップ２から放射される光を上面側にまとめて放射されるように横方向に向かってきた光を上面側に反射させるもので、反射しやすい白色樹脂などにより形成されている。上面側への発光に限定しないで、横方向にも光を放射する場合には、この反射ケース６は設ける必要はない。

その後、ＬＥＤチップ２の上面の露出面および第１の樹脂層４の上面を覆うように、たとえばディスペンサなどにより、青色の光を緑色に変換する緑色変換部材４ｂを混入した樹脂を塗布することにより第２の樹脂層５を形成する。塗布方法としては、ディスペンサによる塗布法でなくても、たとえば転写ピンによる転写法などによって行うこともできる。なお、ワイヤ保護のため、さらにその上面側を透光性樹脂で被覆することにより、チップ型の白色半導体発光素子が得られる。

図７は、図１の変形例で、チップ型発光素子ではなく、ランプ型発光素子の断面説明図である。すなわち、一対のリード８ａ、８ｂの一方のリード８ａの先端に凹部８ｃが形成され、その凹部８ｃ内に、前述の第１の樹脂層４が側壁周囲に固着されたＬＥＤチップ２がダイボンディングされ、一方の電極は導電性接着剤３１により第１のリード８ａと接続され、他方の電極はワイヤ３２により第２のリード８ｂと電気的に接続されている。このワイヤボンディングがされた後に、前述と同様に、ＬＥＤチップ２の上面にディスペンサなどにより、第２の樹脂を塗布することにより第２の樹脂層５を形成し、リード８ａ、８ｂの上部全体を透光性の樹脂によりモールドしてモールド樹脂部９が形成されることにより、ランプ型の白色半導体発光素子が得られる。なお、図１に示される例と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

図８は、本発明による白色半導体発光素子の他の実施形態を示す断面説明図である。すなわち、この例では、ＬＥＤチップ２の側壁に予め第１の樹脂層が固着されない例で、チップ型発光素子の場合の例が示されている。すなわち、絶縁性基板１の表面上にＬＥＤチップ２がマウントされ、ワイヤ３２のボンディングがされた後に、前述の第１の樹脂層用の樹脂が、たとえばディスペンサなどにより塗布されてＬＥＤチップ２の露出面全体に密着してその周囲のみに第１の樹脂層４が設けられている。そして、引き続き第２の樹脂層用の樹脂を同様に塗布することにより、第１の樹脂層４の外表面に第２の樹脂層５が形成されている。なお、この場合、前述のように、波長の長い光の発光色変換部材をＬＥＤチップ２側に設ける必要があるため、第１の樹脂層４を先に形成する必要がある。このように、ＬＥＤチップ２に直接樹脂を垂らして塗布することによっても、ＬＥＤチップ２に密着してその周囲のみに第１および第２の樹脂層４、５を形成することができる。この場合も、図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。また、この場合も、図示されていないが、反射ケース６内に透光性樹脂を充填してワイヤ３２などの保護をすることが好ましい。

本発明によれば、青色光を発光するＬＥＤチップと密着して発光色変換部材を含有する樹脂層が、それぞれ別の層として設けられているため、ＬＥＤチップから発光する光を無駄なく、しかも変換された色は再度異なる色に変換されることなくそのまま利用されるため、非常に光の取出し効率がよく、外部量子効率が優れて高輝度の白色半導体発光素子が得られる。しかも、ＬＥＤチップの側壁に予め発光色を変換する樹脂層が固着して設けられることにより、ＬＥＤチップに密着させることができると共に、発光色変換用樹脂の必要量を正確に制御することができ、非常に安定した量の発光色変換部材により変換した所望の色の光を得ることができ、艶色性のある白色光を得ることができる。

本発明による白色半導体発光素子の一実施形態を説明する断面説明図およびＬＥＤチップ側壁に第１の樹脂層を固着したＬＥＤチップの説明図である。図１に示されるＬＥＤチップの側壁に第１の樹脂層を形成する一例の製法を示す説明図である。ＬＥＤチップの側壁に発光色変換用の樹脂層を固着する他の構造例を示す図である。ＬＥＤチップの側壁に発光色変換用の樹脂層を固着するさらに他の構造例を示す図である。ＬＥＤチップの側壁に発光色変換用の樹脂層を固着するさらに他の構造例を示す図である。ＬＥＤチップの構造例の一例を示す断面説明図である。図１に示される白色半導体発光素子の変形例を示す図である。本発明による白色半導体発光素子の他の実施形態を示す説明図である。従来の白色発光素子の一例を示す図である。従来の白色光を得る他の構成例を示す説明図である。

符号の説明

１絶縁性基板
２ＬＥＤチップ
３接続手段
４第１の樹脂層
４ａ赤色変換部材
５第２の樹脂層
５ａ緑色変換部材
１１第１の電極膜
１２第２の電極膜

Claims

発光素子チップで発光する青色または紫外の光を、発光色変換部材を混入した樹脂を透過させることにより白色光に変換して放射する白色半導体発光素子であって、前記発光素子チップの外表面に密着して、少なくとも該発光素子チップが発光する青色または紫外の光を赤色に変換する赤色変換部材が混入された第１の樹脂層および前記発光素子チップにより発光する青色または紫外の光を緑色に変換する緑色変換部材が混入された第２の樹脂層が、別々の層として設けられてなる白色半導体発光素子。
前記発光素子チップの側壁外周に前記第１および第２の樹脂層の少なくとも一方が固着され、該第１および第２の樹脂層の少なくとも一方が固着された発光素子チップが絶縁性基板の表面またはリード先端部にマウントされてなる請求項１記載の白色半導体発光素子。
前記第１および第２の樹脂層の少なくとも一方が固着された発光素子チップがマウントされた後に、該発光素子チップの上面側に露出する面に前記第１および第２の樹脂層のいずれか、または前記発光素子チップが発光する紫外光を青色に変換する青色変換部材が混入された第３の樹脂層が塗布により設けられてなる請求項２記載の白色半導体発光素子。
前記発光素子チップの側面に設けられる樹脂層が、所望の面積比で２種類形成されてなる請求項２または３記載の白色半導体発光素子。
前記発光素子チップの側面に設けられる樹脂層が、発光素子チップ側壁の全周に設けられる前記第１の樹脂層と、該第１の樹脂層の周囲に接触して設けられる前記第２の樹脂層の２層構造である請求項２または３記載の白色半導体発光素子。
前記発光素子チップが絶縁性基板の表面またはリード先端部にマウントされた状態で、前記第１の樹脂層が塗布により前記発光素子チップを覆うように設けられ、該第１の樹脂層の表面に前記発光素子チップを覆うように前記第２の樹脂層が塗布により設けられてなる請求項１記載の白色半導体発光素子。