JP3632507B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種インジケーター、ディスプレイ、光プリンターの書き込み光源及び液晶のバックライト用光源などに利用可能なＬＥＤチップを用いた発光装置に関し、特に発光装置の信頼性の向上を図った発光装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ＬＥＤチップを用いた発光装置が、種々の光源として広く利用されている。ＬＥＤチップは半導体発光素子であり玉切れがなく、ＯＮ／ＯＦＦ駆動特性に優れているという特徴を有していることから、今後さらに広く用いられるものと考えられる。ＬＥＤチップは約３００μｍ角程度と極めて小さいものであり、通常、リード電極に接続された後、樹脂モールドされて用いられるが、最近では、表面実装が可能なチップタイプの発光素子が多く使用されるようになってきている。
【０００３】
チップタイプの発光装置では、ＬＥＤチップを収納する凹部を有する液晶ポリマからなるパッケージが用いられ、そのパッケージにはリード電極が埋め込まれている。また、そのリード電極は、ＬＥＤチップと接続するために、凹部の底面で露出されている。
このように作製されたパッケージの凹部に、ＬＥＤチップをダイボンド樹脂等で固定して、露出されたリード電極とＬＥＤチップの電極とを例えば金属ワイヤによって接続した後、ＬＥＤチップを保護するために透光性エポキシ樹脂で被覆することにより、発光装置が作製される。このようにして、光学特性に優れた発光装置とすることができる。こうして作製されたチップタイプ発光素子は、他のチップタイプ部品と同様の方法で表面実装され、リード電極を介してＬＥＤチップに電流が供給されてＬＥＤチップが発光し、発光された光はＬＥＤチップから直接又は凹部の側面で反射してパッケージの外部へ放出される。
【０００４】
近年、ＬＥＤチップはいろいろな用途に使われるようになり、半田付けの方法も多様化しており、チップタイプの発光装置のハッケージにおいても、電気的接続や取り扱いを容易にするためにさまざまな工夫がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光装置の利用分野の広がりと共に厳しい使用条件のもとで使用されるようになってきている現在では、さらに信頼性が高く光学特性の優れた発光装置が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は厳しい環境条件のもとでも十分高い信頼性を有しかつ光学特性に優れた発光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る発光装置は、正及び負のリード電極と成形樹脂とが一体成形されてなる成形体と、上記正及び負のリード電極にそれぞれ接続された正及び負の電極を有する発光素子チップとを備え、該発光素子チップが上記成形体上に透光性樹脂で封止されてなる発光素子であって、上記透光性樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びアクリル樹脂から成る群から選択された１種であり、上記成形樹脂が、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、及びメラミン樹脂から成る群から選択された１種であり、上記正及び負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に上記成形樹脂によって覆われていることを特徴とする。
このように構成することにより、本発明に係る発光装置は、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂の界面の面積を極めて小さくでき、該界面における気化膨張を防止できる。また、成形体においてリード電極の露出部の面積を小さくすることにより、透光性樹脂で発光チップを覆ったときに、比較的密着力の強い成形樹脂と透光性樹脂との界面の面積を相対的に大きくできるので、上記成形体と上記透光性樹脂との密着性を強くできる。
すなわち、本発明に係る発光装置では、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂の界面における気化膨張を防止でき、かつ上記成形体と上記透光性樹脂との密着性を強くできるので、上記成形体と上記透光性樹脂との界面の剥離を効果的に防止でき、極めて信頼性を高くできる。
【０００８】
また、本発明に係る発光装置においては、上記成形体が発光チップを収納する凹部を有し、該凹部に上記発光素子チップを設け上記透光性樹脂で封止するようにしても良い。
さらに、上記凹部が形成された成形体を用いた発光装置では、上記凹部の表面の少なくとも一部は上記発光素子チップの発生する光を反射するように処理されていることが好ましく、これによって、上記発光チップで発光した光を効果的に上方に出力することができる。
【０００９】
また、本発明に係る発光装置において、上記発光素子チップは発光面と反対側の面に上記正負の電極が共に形成されてなり、かつ上記成形体は上記正負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの上記正負の電極と対向するように露出されてなり、上記正負のリード電極が該露出された部分で上記正負の電極と導通するように接合されるようにしてもよい。すなわち、本発光装置において、発光素子チップは、その電極を下にしていわゆるフリップチップで実装されているものであるが、このようにすると、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂との界面の面積をより小さくできるので、さらに信頼性を高くでき、また、ワイヤボンディングで接続する方法に比較して発光装置の薄型化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態の発光装置（チップタイプＬＥＤ素子）について説明する。
本実施の形態の発光装置は、図１及び図２（ｂ）に示すように、凹部２を備えその凹部底面２ｂに正のリード電極３及び負のリード電極４の一部を露出させてなる成形体パッケージ１を用い、その凹部２にＬＥＤチップ５が収納されて構成される。
ここで、特に本実施の形態の発光装置においては、正負のリード電極３，４がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に成形樹脂１ａによって覆われていることを特徴とし、これによって、本実施の形態の発光装置は、厳しい使用環境においても高い信頼性を確保することができるという優れた効果を有する。
【００１１】
すなわち、本発明は、従来例の発光装置（図７に示す）において、成形体パッケージ２０１のリード電極２０３，２０４を構成する金属と、ＬＥＤチップ５を封止する透光性樹脂２０６との間の密着性が悪いことに起因して、以下のような信頼性の劣化、又は発光特性の劣化が起こることを見出し、その問題点を解決するために完成させたものである。
従来例における信頼性が劣化する原因の分析
（１）製造時等にリード金属２０３，２０４の金属と透光性樹脂２０６との界面に水分が吸湿されやすく、その結果、吸湿された水分が半田付け時など高温にさらされると気化膨張を起こし、透光性樹脂と金属の間で剥離して、空間２１０が形成される原因となる。
（２）透光性樹脂と金属の間での剥離によって、光学特性が変化したり、或いはＬＥＤチップが発光しなくなる。
【００１２】
これに対して、本実施の形態の発光装置では、正負のリード電極３，４がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される先端部分を除いて実質的に成形樹脂１ａによって覆われるように成形体パッケージ１を構成している。従って、本発光装置では、透光性樹脂６によって封止した後において、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面はほとんど存在せず、その界面に問題となる水分を含むことがない。従って、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面における水分の気化膨張により信頼性及び発光特性を劣化させることがないというものである。
【００１３】
以下、本実施の形態の発光装置の各構成について詳述する。
（成形体パッケージ１）
成形体パッケージ１は、図３に示す金型５０７内にリード電極３，４を所定の位置に挿入した後、符号５０６を付して示す矢印の方向から溶融した成形樹脂を射出することにより作製される。尚、金型内に射出された溶融成形樹脂は、冷却後金型から取り出され、リード電極３，４がそれぞれ所定の形状に加工される。
【００１４】
ここで、成形樹脂１ａは、液晶ポリマーやポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド樹脂，ＡＢＳ樹脂、メラミン樹脂等の絶縁性支持部材を用いることができる。また、本実施の形態において、成形体パッケージ１は、ＬＥＤチップ５からの光を効率よく取り出すために傾斜した側壁２ａを持つように形成した。また、本発明ではさらに、成形樹脂１ａにチタン酸バリウムや酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの白色顔料などを混合することにより成形樹脂表面、特に、側壁２ａの表面における光の反射率を向上させることが好ましい。
【００１５】
このように、成形体パッケージ１をモールド成形等により金型内で成形する場合、金型内部に配置されるリード電極３，４のうち、成形体パッケージ１の凹部の底面において露出させる部分を金型に密着させ、密着させた部分を除いてリード電極３，４を覆うように樹脂を注入することにより、本実施の形態の成形体パッケージ１を比較的簡単に形成することができる。
【００１６】
本実施の形態の成形体パッケージ１を成形するための金型５０７は、成形体パッケージ１の凹部２に対応する凸部５０２を有し、さらにその凸部５０２にさらにリード電極３，４の一部に接触させるための第２凸部５０３を有している。このように形成された金型５０７にリード電極３，４を所定の位置に配置した後、金型内に液晶ポリマーを注入して硬化することにより成形体パッケージ１は形成される。従って、モールド成形された成形体パッケージ１は、金型の第２凸部５０３に対応して凹部底面２ｂに形成された第２凹部２ｃの底面のみにリード電極３，４の一部が露出される。すなわち、凹部２において第２凹部２ｃ以外の部分に位置する電極リード３，４は、すべて成形樹脂によって覆われている。
尚、本実施の形態の発光装置のパッケージは、ＬＥＤチップ５をフリップチップ実装するために、ＬＥＤチップ５の正負の電極に対向する位置にそれぞれ、正のリード電極３、負のリード電極４の接続部分が露出されるように成形している。
【００１７】
（リード電極３，４）
リード電極３，４はリン青銅等の電気良導体を用いて構成することができる。また、ＬＥＤチップ５からの光の反射率を向上させるために、リード電極３，４の表面に銀、アルミニウム、銅や金等の金属メッキを施すこともでき、またリード電極３，４の表面を反射率を向上させるために平滑にすることが好ましい。また、リード電極３，４の面積は大きくすることが好ましく、このようにすると放熱性を高くできるので、ＬＥＤチップの温度上昇を効果的に抑えることができる。これによって、ＬＥＤチップに比較的多くの電流を流すことができるようにでき、光出力を大きくできる。
【００１８】
（透光性封止樹脂６）
透光性封止樹脂６は、外力、塵芥などからＬＥＤチップ５を保護するためにパッケージの凹部内に充填され、ＬＥＤチップ５からの光を効率よく外部に透過させるために高い光の透過性が要求される。尚、ＬＥＤチップの電極とリード電極との間をワイヤーで接続する構造においてはワイヤを保護する機能も有するものである。透光性封止樹脂６の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やアクリル樹脂等が適しており、透光性封止樹脂６中にはＬＥＤチップ５からの光に対して特定のフィルター効果等を持たす為に着色染料や着色顔料を添加することもできる。
【００１９】
（ＬＥＤチップ５）
ＬＥＤチップ５は、窒化物半導体（ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）を用いて構成され、基板と反対側に正負の電極がいずれも形成されている。すなわち、絶縁性のサファイア基板上に良質な窒化物半導体を成長させることができることから、窒化物半導体を用いた発光素子は、サファイア基板を用いて構成される。このサファイア基板を用いた発光素子においては、サファイア基板が絶縁体であることから、基板を介してｎ又はｐ側に電流を供給することができないので、正及び負の電極はいずれも半導体層上（同一面側）に形成されることになる。尚、この場合、発光した光はサファイア基板を介して取り出すことも、透光性の電極を形成することにより半導体層側から取り出すことも可能であるが、本実施の形態では、サファイア基板を介して光を取り出すように構成している。
【００２０】
さらに詳細に説明すると、ＬＥＤチップ５は、サファイア基板５ｓ上に１又は２以上の層からなるｎ型窒化物半導体層５ｅ、活性層（図示せず）、１又は２以上の層からなるｐ型窒化物半導体層５ｄが形成され、さらに正及び負の電極が以下のように形成されてなる。すなわち、正の電極は、ｐ型窒化物半導体層５ｄのほぼ全面に形成された電極５ｃと電極５ｃの一部に形成されたパッド電極５ａとからなり、負の電極はｐ型窒化物半導体層５ｄの一部を除去して露出させたｎ型窒化物半導体層５ｅの表面に形成された電極５ｂからなる。
【００２１】
尚、活性層に効率的に電流を注入するために、ｐ型窒化物半導体層５ｄ又はｎ型窒化物半導体層５ｅと良好なオーミック接触が得られる金属をそれぞれ、電極５ｃ及び電極５ｂとして用いる。
また、本実施の形態では、ｐ型窒化物半導体層５ｄを覆う電極５ｃとして活性層で発光する光を反射する金属膜を用いることが好ましく、このような電極を用いると、活性層より出た光の一部は電極で反射され、前面（基板を介して）から出力される光を多くすることができる。
【００２２】
以上のように構成されたＬＥＤチップ５は、成形体パッケージ１の第２凹部２ｃの底面に露出させたリード電極３，４にそれぞれ、正及び負の電極を対向させて半田を用いて接合することによりフリップチップ実装ができる。このようにフリップチップ実装されたＬＥＤ素子は、サファイヤ基板の光に対する高い透過性により効率よく基板を介して光を出力することができる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態の発光装置は、正負のリード電極３，４がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に成形樹脂１ａによって覆われている。これによって、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面を極めて小さくできるので、その界面の水分の気化膨張を実質的になくすことができ、厳しい使用環境においても高い信頼性を確保することができる。
【００２４】
また、本実施の形態の発光装置では、成形樹脂にチタン酸バリウムや酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの白色顔料などを混合することにより成形樹脂表面の反射率を向上させることにより、発光素子チップの電極側又は端面より放出される光を前方に取り出すことができ、発光輝度を向上させることができる。詳細には、図６の模式図に示すように、ＬＥＤチップの発光点６１２から透光性封止材の表面６０４に臨界角以上の角度θで入射した光６０８は、透光性封止剤と外部との界面（表面６０４）で臨界角反射されて、反射光６０９は拡散反射性を有するパッケージ表面（図６では凹部の側面）に達する。その反射光６０９は、パッケージ表面で散乱反射され、散乱光６１０のうち臨界角以下で表面６０４に入射する光は、そのまま透光性封止剤から外部に取り出される。また、散乱光の臨界角以上の光も透光性封止材と外部との界面で臨界角反射して、再びパッケージ表面に到着し上述と同じように散乱反射されその一部が外部に放射される。このようにして発光した光の大部分を外部に取り出すことができる。
【００２５】
変形例
以上の実施の形態では、ＬＥＤチップ５として窒化物半導体を用いたものを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ＭＯＣＶＤ法や液相成長法などにより、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＩｎＰなどの半導体を用いて構成されたチップを用いてもよい。
また、本発明では、ＬＥＤチップ５として、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造、ダブルへテロ構造等の種々の構造のものを用いることができる。
さらに、本発明においてＬＥＤチップの実装はフリップチップ実装に限られるものではなく、ワイヤーボンディングで電極間を接続する実装方法を用いても良い。
以上のように、本発明は上述の種々の変形が可能であり、そのように変形しても、実施の形態と同様の効果を有する。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例の発光装置について説明する。
（実施例１）
実施例１は、ＬＥＤチップ５として青色（４７０ｎｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持ったＬＥＤチップを用い、図１の実施の形態と同様の構成を持った発光装置の例である。
すなわち、本実施例１において、成形体パッケージ１は図３に示す、金型５０７内に予めリード電極３，４を図３に示すように配置して、液晶ポリマーを注入硬化することにより作製する。尚、注入する液晶ポリマーは、白色樹脂中にさらにフィラーとして白色の酸化チタン粉末を４０ｗｔ％程度混合することにより、成形樹脂の表面が青色（４７０ｎｍ）の光に対して高い反射率を有するようにしている。
【００２７】
以上のように作製した成形体パッケージ１に、サファイア基板５ｓを介して光を出力するように作製した青色発光が可能なＬＥＤチップを、図２（ｂ）に示すように、フリップチップボンディングして、透光性樹脂６で封止する。
【００２８】
以上のようにして作製したチップタイプＬＥＤ素子である１０００個の実施例１の発光装置を、６０℃、９０％の相対湿度のもとで２４時間放置し、２４０℃で１０秒間の条件でリフローを実施した後、電流を供給したところ、１０００個中１０００個全て青色に発光した。
【００２９】
これに対して、実施例１と比較するために、リード電極をパッケージの凹部の底面において、多く露出している以外は実施例１のチップタイプＬＥＤ素子と同様にして比較例の１０００個のチップタイプＬＥＤ素子を作製して同様の試験を実施した。その結果、比較例のチップタイプＬＥＤ素子は、１０００個中４３個発光しなかった。この発光しなかった不灯品を調べると、その全てにおいて封止樹脂がパッケージの凹部底面から剥離し、ＬＥＤチップとリード電極の間の接続がはがれていた。
【００３０】
また、試験後、発光したものについて、実施例１に係る発光装置と比較例の発光装置とを比較してみると、実施例１のチップタイプＬＥＤ素子は凹部２全体が青色に発光しているように観測されたのに対し、比較例のチップタイプＬＥＤ素子は、ＬＥＤチップ近傍において顕著に発光しているように観測された。
また、比較例のチップタイプＬＥＤ素子の平均発光輝度を１００として、前者のチップタイプＬＥＤは約３割、輝度が高く観測された。
これは、実施例１のチップタイプＬＥＤ素子において、ＬＥＤチップによって発光された光は、パッケージの凹部２において効果的に反射され効率良く出力されることを示している。
【００３１】
以上のように、本発明に係る実施例１のチップタイプＬＥＤ素子は、成形体パッケージ１において、リード電極３，４のうち、ＬＥＤチップと接続するための接続部を除く、ほとんどの部分は成形樹脂で覆われているので、透光性樹脂６とパッケージ凹部底面との間の剥離を防止でき、これにより信頼性を高くできることが確認された。
また、本実施例１では、ＬＥＤチップをフリップチップ実装しているので、ＬＥＤチップの電極を構成する金属と、透光性樹脂との境界面を極めて小さくでき、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面の気化膨張の防止に加え、さらにＬＥＤチップの電極を構成する金属と、透光性樹脂６との境界面における気化膨張を防止できる。これによって、発光素子表面とモールド樹脂との密着性も強化、及びその界面での剥離も防止でき、より信頼性を高くできる。
また、本発明に係る実施例１のチップタイプＬＥＤ素子は、白色液晶ポリマー中にさらに白色で反射率の高い酸化チタンを含有させて反射率を高くしかつ拡散反射を可能としたことにより、ＬＥＤチップで発光した光を効率良く出力できることが確認された。
【００３２】
（実施例２）
本発明に係る実施例２のチップタイプＬＥＤ素子（発光装置）は、表面に正の電極が形成され裏面（基板の下面）に負の電極が形成されてなるＧａＡｓ系のＬＥＤチップ１０５を用いて、本発明の構成を適用した例を示したものである。
本実施例２のチップタイプＬＥＤ素子において、成形体パッケージ１００は図４，図５に示すように、凹部１０２において第１接続凹部１０２ｃでリード電極４の一部を露出させ、第２接続凹部１０２ｄでリード電極３の一部を露出させている。
【００３３】
そして、実施例２では、上述のように構成されたＬＥＤチップ１０５の裏面に形成された負電極を接続凹部１０２ｃに露出したリード電極４に対向させて導電性接着剤、半田等により接合し、表面の正電極を第２接続凹部１０２ｄに露出させたリード電極３に金線１１０を用いてワイヤボンディングにより接続する。
【００３４】
以上のように作製した実施例２のチップタイプＬＥＤ素子は、実施例１と同様の効果を有していた。
また、実施例２のチップタイプＬＥＤ素子について、−４０℃、１５分間放置したものを１００℃、１５分間放置することを１サイクルとする気相熱衝撃試験を実施したところ、本実施例２のチップタイプＬＥＤ素子では３０００サイクル時点でもワイヤは断線しなかったが、本発明と比較のために作製したチップタイプＬＥＤ素子では３０００サイクル時点で１００個中５個についてワイヤの断線が発生していた。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る発光装置は、上記正及び負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に上記成形樹脂によって覆われているので、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂の界面における気化膨張を防止でき、かつ上記成形体と上記透光性樹脂との密着性を強くできる。これによって、本発明に係る発光装置は、上記成形体と上記透光性樹脂との界面の剥離を効果的に防止でき、極めて信頼性を高くできる。
【００３６】
また、本発明に係る発光装置においては、上記成形体が発光チップを収納する凹部を有し、該凹部に上記発光素子チップを設け上記透光性樹脂で封止するようにしても良い。
さらに、上記凹部が形成された成形体を用いた発光装置では、上記凹部の表面の少なくとも一部は上記発光素子チップの発生する光を反射するように処理されていることが好ましく、これによって、上記発光チップで発光した光を効果的に上方に出力することができ、光の取りだし効率を高めることができる。
【００３７】
また、本発明に係る発光装置において、発光素子チップをフリップチップ実装することにより、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂との界面の面積をより小さくできるので、さらに信頼性を高くでき、また、ワイヤボンディングで接続する方法に比較して発光装置の薄型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の発光装置の平面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線についての断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＬＥＤチップ５の部分を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の発光装置の成形体パッケージを作製するための金型の断面図である。
【図４】本発明に係る実施例２のチップタイプＬＥＤ素子（発光装置）の平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の凹部表面における反射を模式的に示す模式図である。
【図７】従来例の問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１，１００…成形体パッケージ、
１ａ…成形樹脂、
２，１０２…凹部、
２ａ…側壁、
２ｂ…凹部底面、
２ｃ…第２凹部、
３，４…リード電極、
５，１０５…ＬＥＤチップ、
５ａ…パッド電極、
５ｂ，５ｃ…電極、
５ｄ…ｐ型窒化物半導体層、
５ｅ…ｎ型窒化物半導体層、
５ｓ…サファイア基板、
６…透光性樹脂、
１０２ｃ…第１接続凹部、
１０２ｄ…第２接続凹部、
１１０…金線、
５０７…金型。
【発明の属する技術分野】
本発明は各種インジケーター、ディスプレイ、光プリンターの書き込み光源及び液晶のバックライト用光源などに利用可能なＬＥＤチップを用いた発光装置に関し、特に発光装置の信頼性の向上を図った発光装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ＬＥＤチップを用いた発光装置が、種々の光源として広く利用されている。ＬＥＤチップは半導体発光素子であり玉切れがなく、ＯＮ／ＯＦＦ駆動特性に優れているという特徴を有していることから、今後さらに広く用いられるものと考えられる。ＬＥＤチップは約３００μｍ角程度と極めて小さいものであり、通常、リード電極に接続された後、樹脂モールドされて用いられるが、最近では、表面実装が可能なチップタイプの発光素子が多く使用されるようになってきている。
【０００３】
チップタイプの発光装置では、ＬＥＤチップを収納する凹部を有する液晶ポリマからなるパッケージが用いられ、そのパッケージにはリード電極が埋め込まれている。また、そのリード電極は、ＬＥＤチップと接続するために、凹部の底面で露出されている。
このように作製されたパッケージの凹部に、ＬＥＤチップをダイボンド樹脂等で固定して、露出されたリード電極とＬＥＤチップの電極とを例えば金属ワイヤによって接続した後、ＬＥＤチップを保護するために透光性エポキシ樹脂で被覆することにより、発光装置が作製される。このようにして、光学特性に優れた発光装置とすることができる。こうして作製されたチップタイプ発光素子は、他のチップタイプ部品と同様の方法で表面実装され、リード電極を介してＬＥＤチップに電流が供給されてＬＥＤチップが発光し、発光された光はＬＥＤチップから直接又は凹部の側面で反射してパッケージの外部へ放出される。
【０００４】
近年、ＬＥＤチップはいろいろな用途に使われるようになり、半田付けの方法も多様化しており、チップタイプの発光装置のハッケージにおいても、電気的接続や取り扱いを容易にするためにさまざまな工夫がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光装置の利用分野の広がりと共に厳しい使用条件のもとで使用されるようになってきている現在では、さらに信頼性が高く光学特性の優れた発光装置が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は厳しい環境条件のもとでも十分高い信頼性を有しかつ光学特性に優れた発光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る発光装置は、正及び負のリード電極と成形樹脂とが一体成形されてなる成形体と、上記正及び負のリード電極にそれぞれ接続された正及び負の電極を有する発光素子チップとを備え、該発光素子チップが上記成形体上に透光性樹脂で封止されてなる発光素子であって、上記透光性樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びアクリル樹脂から成る群から選択された１種であり、上記成形樹脂が、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、及びメラミン樹脂から成る群から選択された１種であり、上記正及び負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に上記成形樹脂によって覆われていることを特徴とする。
このように構成することにより、本発明に係る発光装置は、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂の界面の面積を極めて小さくでき、該界面における気化膨張を防止できる。また、成形体においてリード電極の露出部の面積を小さくすることにより、透光性樹脂で発光チップを覆ったときに、比較的密着力の強い成形樹脂と透光性樹脂との界面の面積を相対的に大きくできるので、上記成形体と上記透光性樹脂との密着性を強くできる。
すなわち、本発明に係る発光装置では、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂の界面における気化膨張を防止でき、かつ上記成形体と上記透光性樹脂との密着性を強くできるので、上記成形体と上記透光性樹脂との界面の剥離を効果的に防止でき、極めて信頼性を高くできる。
【０００８】
また、本発明に係る発光装置においては、上記成形体が発光チップを収納する凹部を有し、該凹部に上記発光素子チップを設け上記透光性樹脂で封止するようにしても良い。
さらに、上記凹部が形成された成形体を用いた発光装置では、上記凹部の表面の少なくとも一部は上記発光素子チップの発生する光を反射するように処理されていることが好ましく、これによって、上記発光チップで発光した光を効果的に上方に出力することができる。
【０００９】
また、本発明に係る発光装置において、上記発光素子チップは発光面と反対側の面に上記正負の電極が共に形成されてなり、かつ上記成形体は上記正負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの上記正負の電極と対向するように露出されてなり、上記正負のリード電極が該露出された部分で上記正負の電極と導通するように接合されるようにしてもよい。すなわち、本発光装置において、発光素子チップは、その電極を下にしていわゆるフリップチップで実装されているものであるが、このようにすると、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂との界面の面積をより小さくできるので、さらに信頼性を高くでき、また、ワイヤボンディングで接続する方法に比較して発光装置の薄型化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態の発光装置（チップタイプＬＥＤ素子）について説明する。
本実施の形態の発光装置は、図１及び図２（ｂ）に示すように、凹部２を備えその凹部底面２ｂに正のリード電極３及び負のリード電極４の一部を露出させてなる成形体パッケージ１を用い、その凹部２にＬＥＤチップ５が収納されて構成される。
ここで、特に本実施の形態の発光装置においては、正負のリード電極３，４がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に成形樹脂１ａによって覆われていることを特徴とし、これによって、本実施の形態の発光装置は、厳しい使用環境においても高い信頼性を確保することができるという優れた効果を有する。
【００１１】
すなわち、本発明は、従来例の発光装置（図７に示す）において、成形体パッケージ２０１のリード電極２０３，２０４を構成する金属と、ＬＥＤチップ５を封止する透光性樹脂２０６との間の密着性が悪いことに起因して、以下のような信頼性の劣化、又は発光特性の劣化が起こることを見出し、その問題点を解決するために完成させたものである。
従来例における信頼性が劣化する原因の分析
（１）製造時等にリード金属２０３，２０４の金属と透光性樹脂２０６との界面に水分が吸湿されやすく、その結果、吸湿された水分が半田付け時など高温にさらされると気化膨張を起こし、透光性樹脂と金属の間で剥離して、空間２１０が形成される原因となる。
（２）透光性樹脂と金属の間での剥離によって、光学特性が変化したり、或いはＬＥＤチップが発光しなくなる。
【００１２】
これに対して、本実施の形態の発光装置では、正負のリード電極３，４がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される先端部分を除いて実質的に成形樹脂１ａによって覆われるように成形体パッケージ１を構成している。従って、本発光装置では、透光性樹脂６によって封止した後において、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面はほとんど存在せず、その界面に問題となる水分を含むことがない。従って、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面における水分の気化膨張により信頼性及び発光特性を劣化させることがないというものである。
【００１３】
以下、本実施の形態の発光装置の各構成について詳述する。
（成形体パッケージ１）
成形体パッケージ１は、図３に示す金型５０７内にリード電極３，４を所定の位置に挿入した後、符号５０６を付して示す矢印の方向から溶融した成形樹脂を射出することにより作製される。尚、金型内に射出された溶融成形樹脂は、冷却後金型から取り出され、リード電極３，４がそれぞれ所定の形状に加工される。
【００１４】
ここで、成形樹脂１ａは、液晶ポリマーやポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド樹脂，ＡＢＳ樹脂、メラミン樹脂等の絶縁性支持部材を用いることができる。また、本実施の形態において、成形体パッケージ１は、ＬＥＤチップ５からの光を効率よく取り出すために傾斜した側壁２ａを持つように形成した。また、本発明ではさらに、成形樹脂１ａにチタン酸バリウムや酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの白色顔料などを混合することにより成形樹脂表面、特に、側壁２ａの表面における光の反射率を向上させることが好ましい。
【００１５】
このように、成形体パッケージ１をモールド成形等により金型内で成形する場合、金型内部に配置されるリード電極３，４のうち、成形体パッケージ１の凹部の底面において露出させる部分を金型に密着させ、密着させた部分を除いてリード電極３，４を覆うように樹脂を注入することにより、本実施の形態の成形体パッケージ１を比較的簡単に形成することができる。
【００１６】
本実施の形態の成形体パッケージ１を成形するための金型５０７は、成形体パッケージ１の凹部２に対応する凸部５０２を有し、さらにその凸部５０２にさらにリード電極３，４の一部に接触させるための第２凸部５０３を有している。このように形成された金型５０７にリード電極３，４を所定の位置に配置した後、金型内に液晶ポリマーを注入して硬化することにより成形体パッケージ１は形成される。従って、モールド成形された成形体パッケージ１は、金型の第２凸部５０３に対応して凹部底面２ｂに形成された第２凹部２ｃの底面のみにリード電極３，４の一部が露出される。すなわち、凹部２において第２凹部２ｃ以外の部分に位置する電極リード３，４は、すべて成形樹脂によって覆われている。
尚、本実施の形態の発光装置のパッケージは、ＬＥＤチップ５をフリップチップ実装するために、ＬＥＤチップ５の正負の電極に対向する位置にそれぞれ、正のリード電極３、負のリード電極４の接続部分が露出されるように成形している。
【００１７】
（リード電極３，４）
リード電極３，４はリン青銅等の電気良導体を用いて構成することができる。また、ＬＥＤチップ５からの光の反射率を向上させるために、リード電極３，４の表面に銀、アルミニウム、銅や金等の金属メッキを施すこともでき、またリード電極３，４の表面を反射率を向上させるために平滑にすることが好ましい。また、リード電極３，４の面積は大きくすることが好ましく、このようにすると放熱性を高くできるので、ＬＥＤチップの温度上昇を効果的に抑えることができる。これによって、ＬＥＤチップに比較的多くの電流を流すことができるようにでき、光出力を大きくできる。
【００１８】
（透光性封止樹脂６）
透光性封止樹脂６は、外力、塵芥などからＬＥＤチップ５を保護するためにパッケージの凹部内に充填され、ＬＥＤチップ５からの光を効率よく外部に透過させるために高い光の透過性が要求される。尚、ＬＥＤチップの電極とリード電極との間をワイヤーで接続する構造においてはワイヤを保護する機能も有するものである。透光性封止樹脂６の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やアクリル樹脂等が適しており、透光性封止樹脂６中にはＬＥＤチップ５からの光に対して特定のフィルター効果等を持たす為に着色染料や着色顔料を添加することもできる。
【００１９】
（ＬＥＤチップ５）
ＬＥＤチップ５は、窒化物半導体（ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）を用いて構成され、基板と反対側に正負の電極がいずれも形成されている。すなわち、絶縁性のサファイア基板上に良質な窒化物半導体を成長させることができることから、窒化物半導体を用いた発光素子は、サファイア基板を用いて構成される。このサファイア基板を用いた発光素子においては、サファイア基板が絶縁体であることから、基板を介してｎ又はｐ側に電流を供給することができないので、正及び負の電極はいずれも半導体層上（同一面側）に形成されることになる。尚、この場合、発光した光はサファイア基板を介して取り出すことも、透光性の電極を形成することにより半導体層側から取り出すことも可能であるが、本実施の形態では、サファイア基板を介して光を取り出すように構成している。
【００２０】
さらに詳細に説明すると、ＬＥＤチップ５は、サファイア基板５ｓ上に１又は２以上の層からなるｎ型窒化物半導体層５ｅ、活性層（図示せず）、１又は２以上の層からなるｐ型窒化物半導体層５ｄが形成され、さらに正及び負の電極が以下のように形成されてなる。すなわち、正の電極は、ｐ型窒化物半導体層５ｄのほぼ全面に形成された電極５ｃと電極５ｃの一部に形成されたパッド電極５ａとからなり、負の電極はｐ型窒化物半導体層５ｄの一部を除去して露出させたｎ型窒化物半導体層５ｅの表面に形成された電極５ｂからなる。
【００２１】
尚、活性層に効率的に電流を注入するために、ｐ型窒化物半導体層５ｄ又はｎ型窒化物半導体層５ｅと良好なオーミック接触が得られる金属をそれぞれ、電極５ｃ及び電極５ｂとして用いる。
また、本実施の形態では、ｐ型窒化物半導体層５ｄを覆う電極５ｃとして活性層で発光する光を反射する金属膜を用いることが好ましく、このような電極を用いると、活性層より出た光の一部は電極で反射され、前面（基板を介して）から出力される光を多くすることができる。
【００２２】
以上のように構成されたＬＥＤチップ５は、成形体パッケージ１の第２凹部２ｃの底面に露出させたリード電極３，４にそれぞれ、正及び負の電極を対向させて半田を用いて接合することによりフリップチップ実装ができる。このようにフリップチップ実装されたＬＥＤ素子は、サファイヤ基板の光に対する高い透過性により効率よく基板を介して光を出力することができる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態の発光装置は、正負のリード電極３，４がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に成形樹脂１ａによって覆われている。これによって、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面を極めて小さくできるので、その界面の水分の気化膨張を実質的になくすことができ、厳しい使用環境においても高い信頼性を確保することができる。
【００２４】
また、本実施の形態の発光装置では、成形樹脂にチタン酸バリウムや酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウムなどの白色顔料などを混合することにより成形樹脂表面の反射率を向上させることにより、発光素子チップの電極側又は端面より放出される光を前方に取り出すことができ、発光輝度を向上させることができる。詳細には、図６の模式図に示すように、ＬＥＤチップの発光点６１２から透光性封止材の表面６０４に臨界角以上の角度θで入射した光６０８は、透光性封止剤と外部との界面（表面６０４）で臨界角反射されて、反射光６０９は拡散反射性を有するパッケージ表面（図６では凹部の側面）に達する。その反射光６０９は、パッケージ表面で散乱反射され、散乱光６１０のうち臨界角以下で表面６０４に入射する光は、そのまま透光性封止剤から外部に取り出される。また、散乱光の臨界角以上の光も透光性封止材と外部との界面で臨界角反射して、再びパッケージ表面に到着し上述と同じように散乱反射されその一部が外部に放射される。このようにして発光した光の大部分を外部に取り出すことができる。
【００２５】
変形例
以上の実施の形態では、ＬＥＤチップ５として窒化物半導体を用いたものを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ＭＯＣＶＤ法や液相成長法などにより、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＩｎＰなどの半導体を用いて構成されたチップを用いてもよい。
また、本発明では、ＬＥＤチップ５として、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造、ダブルへテロ構造等の種々の構造のものを用いることができる。
さらに、本発明においてＬＥＤチップの実装はフリップチップ実装に限られるものではなく、ワイヤーボンディングで電極間を接続する実装方法を用いても良い。
以上のように、本発明は上述の種々の変形が可能であり、そのように変形しても、実施の形態と同様の効果を有する。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例の発光装置について説明する。
（実施例１）
実施例１は、ＬＥＤチップ５として青色（４７０ｎｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持ったＬＥＤチップを用い、図１の実施の形態と同様の構成を持った発光装置の例である。
すなわち、本実施例１において、成形体パッケージ１は図３に示す、金型５０７内に予めリード電極３，４を図３に示すように配置して、液晶ポリマーを注入硬化することにより作製する。尚、注入する液晶ポリマーは、白色樹脂中にさらにフィラーとして白色の酸化チタン粉末を４０ｗｔ％程度混合することにより、成形樹脂の表面が青色（４７０ｎｍ）の光に対して高い反射率を有するようにしている。
【００２７】
以上のように作製した成形体パッケージ１に、サファイア基板５ｓを介して光を出力するように作製した青色発光が可能なＬＥＤチップを、図２（ｂ）に示すように、フリップチップボンディングして、透光性樹脂６で封止する。
【００２８】
以上のようにして作製したチップタイプＬＥＤ素子である１０００個の実施例１の発光装置を、６０℃、９０％の相対湿度のもとで２４時間放置し、２４０℃で１０秒間の条件でリフローを実施した後、電流を供給したところ、１０００個中１０００個全て青色に発光した。
【００２９】
これに対して、実施例１と比較するために、リード電極をパッケージの凹部の底面において、多く露出している以外は実施例１のチップタイプＬＥＤ素子と同様にして比較例の１０００個のチップタイプＬＥＤ素子を作製して同様の試験を実施した。その結果、比較例のチップタイプＬＥＤ素子は、１０００個中４３個発光しなかった。この発光しなかった不灯品を調べると、その全てにおいて封止樹脂がパッケージの凹部底面から剥離し、ＬＥＤチップとリード電極の間の接続がはがれていた。
【００３０】
また、試験後、発光したものについて、実施例１に係る発光装置と比較例の発光装置とを比較してみると、実施例１のチップタイプＬＥＤ素子は凹部２全体が青色に発光しているように観測されたのに対し、比較例のチップタイプＬＥＤ素子は、ＬＥＤチップ近傍において顕著に発光しているように観測された。
また、比較例のチップタイプＬＥＤ素子の平均発光輝度を１００として、前者のチップタイプＬＥＤは約３割、輝度が高く観測された。
これは、実施例１のチップタイプＬＥＤ素子において、ＬＥＤチップによって発光された光は、パッケージの凹部２において効果的に反射され効率良く出力されることを示している。
【００３１】
以上のように、本発明に係る実施例１のチップタイプＬＥＤ素子は、成形体パッケージ１において、リード電極３，４のうち、ＬＥＤチップと接続するための接続部を除く、ほとんどの部分は成形樹脂で覆われているので、透光性樹脂６とパッケージ凹部底面との間の剥離を防止でき、これにより信頼性を高くできることが確認された。
また、本実施例１では、ＬＥＤチップをフリップチップ実装しているので、ＬＥＤチップの電極を構成する金属と、透光性樹脂との境界面を極めて小さくでき、リード電極３，４と透光性樹脂６との界面の気化膨張の防止に加え、さらにＬＥＤチップの電極を構成する金属と、透光性樹脂６との境界面における気化膨張を防止できる。これによって、発光素子表面とモールド樹脂との密着性も強化、及びその界面での剥離も防止でき、より信頼性を高くできる。
また、本発明に係る実施例１のチップタイプＬＥＤ素子は、白色液晶ポリマー中にさらに白色で反射率の高い酸化チタンを含有させて反射率を高くしかつ拡散反射を可能としたことにより、ＬＥＤチップで発光した光を効率良く出力できることが確認された。
【００３２】
（実施例２）
本発明に係る実施例２のチップタイプＬＥＤ素子（発光装置）は、表面に正の電極が形成され裏面（基板の下面）に負の電極が形成されてなるＧａＡｓ系のＬＥＤチップ１０５を用いて、本発明の構成を適用した例を示したものである。
本実施例２のチップタイプＬＥＤ素子において、成形体パッケージ１００は図４，図５に示すように、凹部１０２において第１接続凹部１０２ｃでリード電極４の一部を露出させ、第２接続凹部１０２ｄでリード電極３の一部を露出させている。
【００３３】
そして、実施例２では、上述のように構成されたＬＥＤチップ１０５の裏面に形成された負電極を接続凹部１０２ｃに露出したリード電極４に対向させて導電性接着剤、半田等により接合し、表面の正電極を第２接続凹部１０２ｄに露出させたリード電極３に金線１１０を用いてワイヤボンディングにより接続する。
【００３４】
以上のように作製した実施例２のチップタイプＬＥＤ素子は、実施例１と同様の効果を有していた。
また、実施例２のチップタイプＬＥＤ素子について、−４０℃、１５分間放置したものを１００℃、１５分間放置することを１サイクルとする気相熱衝撃試験を実施したところ、本実施例２のチップタイプＬＥＤ素子では３０００サイクル時点でもワイヤは断線しなかったが、本発明と比較のために作製したチップタイプＬＥＤ素子では３０００サイクル時点で１００個中５個についてワイヤの断線が発生していた。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る発光装置は、上記正及び負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に上記成形樹脂によって覆われているので、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂の界面における気化膨張を防止でき、かつ上記成形体と上記透光性樹脂との密着性を強くできる。これによって、本発明に係る発光装置は、上記成形体と上記透光性樹脂との界面の剥離を効果的に防止でき、極めて信頼性を高くできる。
【００３６】
また、本発明に係る発光装置においては、上記成形体が発光チップを収納する凹部を有し、該凹部に上記発光素子チップを設け上記透光性樹脂で封止するようにしても良い。
さらに、上記凹部が形成された成形体を用いた発光装置では、上記凹部の表面の少なくとも一部は上記発光素子チップの発生する光を反射するように処理されていることが好ましく、これによって、上記発光チップで発光した光を効果的に上方に出力することができ、光の取りだし効率を高めることができる。
【００３７】
また、本発明に係る発光装置において、発光素子チップをフリップチップ実装することにより、上記正負のリード電極と上記透光性樹脂との界面の面積をより小さくできるので、さらに信頼性を高くでき、また、ワイヤボンディングで接続する方法に比較して発光装置の薄型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の発光装置の平面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ’線についての断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＬＥＤチップ５の部分を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の発光装置の成形体パッケージを作製するための金型の断面図である。
【図４】本発明に係る実施例２のチップタイプＬＥＤ素子（発光装置）の平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の凹部表面における反射を模式的に示す模式図である。
【図７】従来例の問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１，１００…成形体パッケージ、
１ａ…成形樹脂、
２，１０２…凹部、
２ａ…側壁、
２ｂ…凹部底面、
２ｃ…第２凹部、
３，４…リード電極、
５，１０５…ＬＥＤチップ、
５ａ…パッド電極、
５ｂ，５ｃ…電極、
５ｄ…ｐ型窒化物半導体層、
５ｅ…ｎ型窒化物半導体層、
５ｓ…サファイア基板、
６…透光性樹脂、
１０２ｃ…第１接続凹部、
１０２ｄ…第２接続凹部、
１１０…金線、
５０７…金型。
Claims (5)
- 正及び負のリード電極と成形樹脂とが一体成形されてなる成形体と、上記正及び負のリード電極にそれぞれ接続された正及び負の電極を有する発光素子チップとを備え、該発光素子チップが上記成形体上に透光性樹脂で封止されてなる発光素子であって、
上記透光性樹脂が、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びアクリル樹脂から成る群から選択された１種であり、
上記成形樹脂が、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、及びメラミン樹脂から成る群から選択された１種であり、
上記正及び負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの正負の電極と接続される部分を除いて実質的に上記成形樹脂によって覆われていることを特徴とする発光装置。 - 上記成形樹脂に、白色顔料が混合されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 上記成形体は凹部を有し、上記発光素子チップは該凹部において上記透光性樹脂で封止されている請求項１または２記載の発光装置。
- 上記凹部の表面の少なくとも一部は上記発光素子チップの発生する光を反射するように処理されている請求項３記載の発光装置。
- 上記発光素子チップは発光面と反対側の面に上記正負の電極が共に形成されてなり、かつ上記成形体は上記正負のリード電極がそれぞれ上記発光素子チップの上記正負の電極と対向するように露出されてなり、上記正負のリード電極は該露出された部分で上記正負の電極と導通するように接合されている請求項１〜４のうちのいずれか1項に記載の発光装置。
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