JP3951406B2 - 発光素子 - Google Patents
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- H01L33/54—Encapsulations having a particular shape
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、各種電子機器において、ディスプレイ等に広く使用されている。また最近では、小型で表面実装型の発光ダイオードも各種製品化されますますその応用製品を拡大しつつある。
例えば、従来の表面実装型の発光ダイオードは、セラミック等からなり正負の外部接続電極が形成されたパッケージ内に半導体チップが設けられ、半導体チップの発光面側に透光性封止樹脂が充填されてなり、該透光性封止樹脂を介して発光した光を放射する。この従来例の表面実装型の発光ダイオードにおいて、透光性封止樹脂は表面が平面でかつ平滑面になるように充填される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の発光ダイオードでは、図３に示すように半導体チップ２から放射された光が透光性封止樹脂１０３の表面１０３ａに臨界角以上の角度β（入射角β）で到達すると、表面１０３ａで全反射され、さらにパッケージ１の表面で反射される。従って、従来例の発光ダイオードは、表面１０３ａで反射された光は、透光性封止樹脂１０３及び支持体で累積的に吸収されることになるので、光の取り出し効率が悪化するという問題点があった。また、透光性封止樹脂３が吸収する光の量が多くなるとその吸収される光のエネルギーが透光性封止樹脂１０３を劣化させるので素子の寿命が短くなるという問題点があった。また、最近では、特に表面実装型の素子においては、さらなる薄型化が要求されているが、素子を薄型化すればするほど、透光性封止樹脂１０３の表面１０３ａに臨界角以上で入射される光の量は多くなるので、透光性封止樹脂１０３に吸収される光の量が多くなり、上述の問題はさらに深刻である。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上述の従来例の持つ問題点を解決して、発光した光の取り出し効率を高くできかつ素子寿命を長くできる発光素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の問題点を解決するために、透光性封止樹脂の表面において、周辺部を粗化することにより、粗化された表面からは臨界角に拘わらず光が出力されることを見いだして完成させたものである。
すなわち、本発明に係る発光素子は、半導体チップが設けられた支持体と、上記半導体チップを覆うようにかつ表面が略平面になるように設けられた透光性封止樹脂とを備え、該透光性封止樹脂の上記表面から光を出力する発光素子であって、
上記透光性封止樹脂の上記表面のうちの、上記半導体チップの上方に位置する中央部を平滑表面としかつ該平滑表面を除く周辺部分を粗面として、上記半導体チップの発光面の中心部から出力された光の上記平滑表面への入射角が臨界角以下になる範囲に、上記平滑表面が形成されたことを特徴とする。
これによって、上記透光性封止樹脂の上記表面のうち粗面とした部分から効果的に光を出力することができる。
【０００７】
【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について説明する。
図１は、本発明に係る実施形態の発光ダイオードの構成を模式的に示す断面図であり、実施形態の発光ダイオードは、支持体１に銀又は金等の膜により外部接続電極１ａ，１ｂを備えた表面実装型の発光ダイオードである。以下、実施形態の発光ダイオードについてさらに詳細に説明する。
【０００８】
本実施形態の発光ダイオードにおいて、支持体１は、例えばセラミック又は液晶ポリマーからなり、一方の主面に半導体チップ２を搭載するための凹部１ｃが形成される。尚、支持体１において、外部接続電極１ａ，１ｂは、凹部１ｃの底面から支持体１の他方の主面（裏面）に連続して形成される。
半導体チップ２は、支持体１の凹部１ｃの底面の中央部にダイボンド固着され、電極１ａ，１ｂと例えばワイヤボンディングで接続される。
そして、半導体チップ２を覆うように、例えばエポキシ、シリコーンあるいは変性アクリレート樹脂等の透光性封止樹脂３が充填される。
【０００９】
ここで、本実施形態の発光ダイオードにおいて、透光性封止樹脂３の表面は、半導体チップ２上に位置する中央部が平滑な平面（以下、平滑表面３１という。）となるようにかつ該中央部（平滑表面３１）を除く周辺部が粗面（以下、粗面表面３２という。）となるように形成されていることを特徴とし、光の取り出し効率を向上させている。尚、図１では粗面表面３２を、規則的な溝で描いているが、本発明はこのように規則的な溝に限定されるものではない。
ここで、本実施形態では、半導体チップ２の発光面の中心２ａから出力される光の平滑表面３１への入射角がちょうど臨界角θとなる点の軌跡を、平滑平面３１と粗面表面３２との境界３ｃとしている。これによって、半導体チップ２の発光面のほぼ中央部から出力された光は、平滑平面３１に臨界角θより小さい角度で入射するので、平滑平面３１で反射されることなく外部に出力される。
尚、臨界角θは、透光性封止樹脂３の屈折率をｎ1とし、外部空間の屈折率をｎ2としたとき、次の数１で与えられる。
【００１０】
【数１】
θ＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）
【００１１】
以上のように構成された実施形態の発光ダイオードにおいて、例えば、半導体チップ２の発光面中心ａから平滑表面３１に向けて出力された光は、平滑表面３１に臨界角θより小さい角度で入射されるので、該表面３１で反射されることなく出力される。また、半導体チップ２の発光面中心ａから粗面表面３２に向けて出力された光は、粗面表面３２で以下のように透過又は反射される。
すなわち、粗面表面３２は種々の方向を有する多数の表面片の集合と考えることができるので、粗面表面３２において、各表面片を入射した光が透過するかどうかは、各表面片に対する光の入射角よる。
例えば、図２に示すように、表面片３２ａに入射する光Ｌ１は入射角α1が臨界角θより小さいと表面片３２ａを透過して外部に出力される。また、例えば表面片３２ｂに入射する光Ｌ２は入射角α2が臨界角θより小さいと表面片３２ａを透過して外部に出力される。
尚、以上の説明は、半導体チップ２の発光面中心２ａから出射された光についておこなったが、半導体チップ２の発光面の面積は、透光性封止樹脂３の表面の面積に比べて十分小さいので、実際には半導体チップ２の発光面が一定の広がりを持つことを考慮しても、上記説明とほぼ同様に考えることができる。
【００１２】
本発明者らは、本実施形態の光取り出し効果を確認するために、透光性封止樹脂の表面が全て平滑面である従来形態のものを作成して光の出力を測定し、次にその測定したその素子にて、本実施形態に示したように外周部分を表面粗さ５０Ｚ程度の粗面に追加工したもので出力を測定し、従来のものと比較したところ、粗面加工後の方が出力が約５０％高く、本発明による効果が確認された。
尚、本発明では、粗面表面３２の表面粗さには限定されるものではない。
【００１３】
以上のように本実施形態の発光ダイオードによれば、透光性封止樹脂３の表面の外周部に粗面表面３２を形成することにより、半導体チップから放射された光の該粗面表面３２における支持体１の凹部１ｃ内部に向かう反射を小さくできるので、光の取り出し効率を高くすることができる。
また、光の取り出し効率を高くできることにより、表面で反射された光が透光性封止樹脂及び支持体１の凹部１ｃの内面で吸収される量を少なくでき、透光性封止樹脂３の劣化を少なくできるので、発光ダイオードの寿命を長くできる。
【００１４】
また、本実施形態の発光ダイオードでは、上述のように粗面表面３２を設けているので、比較的広い範囲に発光した光を放射でき、視野角を広くできる。 また、本実施形態の発光ダイオードでは、粗面表面３２を設けているので、粗面表面３２により外部の光を乱反射させることができ、コントラスト比を高くすることができる。ここで、コントラスト比とは、発光ダイオードのオフ状態の時の明るさに対する点灯させた時の明るさの比である。
【００１５】
またさらに、本実施形態の発光素子は、透光性封止樹脂３の厚さを薄くしても、上記粗面表面を形成することにより、光の反射を増加させることがないので、効果的な光の取り出しを確保することができる。またこのように、透光性封止樹脂３を薄くすると、透過性封止樹脂による光の吸収を小さくすることができるので、さらに発生した光を効率的に取り出すことができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光素子は、上記透光性封止樹脂の上記表面のうちの、上記半導体チップの上方に位置する中央部を平滑表面としかつ該平滑表面を除く周辺部分を粗面としているので、上記透光性封止樹脂の上記表面のうち粗面とした部分から効果的に光を出力することができる。
従って、本発明によれば、発光した光の取り出し効率を高くできかつ素子寿命を長くできる発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施形態の発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図２】 本発明における光の取り出しを説明するための図である。
【図３】 従来例における光の内部反射を示す図である。
【符号の説明】
１…支持体、
１ｃ…凹部、
１ａ，１ｂ…外部接続電極、
２…半導体チップ、
２ａ…発光面中心、
３…透光性封止樹脂、
３１…平滑平面、
３２…粗面表面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、各種電子機器において、ディスプレイ等に広く使用されている。また最近では、小型で表面実装型の発光ダイオードも各種製品化されますますその応用製品を拡大しつつある。
例えば、従来の表面実装型の発光ダイオードは、セラミック等からなり正負の外部接続電極が形成されたパッケージ内に半導体チップが設けられ、半導体チップの発光面側に透光性封止樹脂が充填されてなり、該透光性封止樹脂を介して発光した光を放射する。この従来例の表面実装型の発光ダイオードにおいて、透光性封止樹脂は表面が平面でかつ平滑面になるように充填される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の発光ダイオードでは、図３に示すように半導体チップ２から放射された光が透光性封止樹脂１０３の表面１０３ａに臨界角以上の角度β（入射角β）で到達すると、表面１０３ａで全反射され、さらにパッケージ１の表面で反射される。従って、従来例の発光ダイオードは、表面１０３ａで反射された光は、透光性封止樹脂１０３及び支持体で累積的に吸収されることになるので、光の取り出し効率が悪化するという問題点があった。また、透光性封止樹脂３が吸収する光の量が多くなるとその吸収される光のエネルギーが透光性封止樹脂１０３を劣化させるので素子の寿命が短くなるという問題点があった。また、最近では、特に表面実装型の素子においては、さらなる薄型化が要求されているが、素子を薄型化すればするほど、透光性封止樹脂１０３の表面１０３ａに臨界角以上で入射される光の量は多くなるので、透光性封止樹脂１０３に吸収される光の量が多くなり、上述の問題はさらに深刻である。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上述の従来例の持つ問題点を解決して、発光した光の取り出し効率を高くできかつ素子寿命を長くできる発光素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の問題点を解決するために、透光性封止樹脂の表面において、周辺部を粗化することにより、粗化された表面からは臨界角に拘わらず光が出力されることを見いだして完成させたものである。
すなわち、本発明に係る発光素子は、半導体チップが設けられた支持体と、上記半導体チップを覆うようにかつ表面が略平面になるように設けられた透光性封止樹脂とを備え、該透光性封止樹脂の上記表面から光を出力する発光素子であって、
上記透光性封止樹脂の上記表面のうちの、上記半導体チップの上方に位置する中央部を平滑表面としかつ該平滑表面を除く周辺部分を粗面として、上記半導体チップの発光面の中心部から出力された光の上記平滑表面への入射角が臨界角以下になる範囲に、上記平滑表面が形成されたことを特徴とする。
これによって、上記透光性封止樹脂の上記表面のうち粗面とした部分から効果的に光を出力することができる。
【０００７】
【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について説明する。
図１は、本発明に係る実施形態の発光ダイオードの構成を模式的に示す断面図であり、実施形態の発光ダイオードは、支持体１に銀又は金等の膜により外部接続電極１ａ，１ｂを備えた表面実装型の発光ダイオードである。以下、実施形態の発光ダイオードについてさらに詳細に説明する。
【０００８】
本実施形態の発光ダイオードにおいて、支持体１は、例えばセラミック又は液晶ポリマーからなり、一方の主面に半導体チップ２を搭載するための凹部１ｃが形成される。尚、支持体１において、外部接続電極１ａ，１ｂは、凹部１ｃの底面から支持体１の他方の主面（裏面）に連続して形成される。
半導体チップ２は、支持体１の凹部１ｃの底面の中央部にダイボンド固着され、電極１ａ，１ｂと例えばワイヤボンディングで接続される。
そして、半導体チップ２を覆うように、例えばエポキシ、シリコーンあるいは変性アクリレート樹脂等の透光性封止樹脂３が充填される。
【０００９】
ここで、本実施形態の発光ダイオードにおいて、透光性封止樹脂３の表面は、半導体チップ２上に位置する中央部が平滑な平面（以下、平滑表面３１という。）となるようにかつ該中央部（平滑表面３１）を除く周辺部が粗面（以下、粗面表面３２という。）となるように形成されていることを特徴とし、光の取り出し効率を向上させている。尚、図１では粗面表面３２を、規則的な溝で描いているが、本発明はこのように規則的な溝に限定されるものではない。
ここで、本実施形態では、半導体チップ２の発光面の中心２ａから出力される光の平滑表面３１への入射角がちょうど臨界角θとなる点の軌跡を、平滑平面３１と粗面表面３２との境界３ｃとしている。これによって、半導体チップ２の発光面のほぼ中央部から出力された光は、平滑平面３１に臨界角θより小さい角度で入射するので、平滑平面３１で反射されることなく外部に出力される。
尚、臨界角θは、透光性封止樹脂３の屈折率をｎ1とし、外部空間の屈折率をｎ2としたとき、次の数１で与えられる。
【００１０】
【数１】
θ＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）
【００１１】
以上のように構成された実施形態の発光ダイオードにおいて、例えば、半導体チップ２の発光面中心ａから平滑表面３１に向けて出力された光は、平滑表面３１に臨界角θより小さい角度で入射されるので、該表面３１で反射されることなく出力される。また、半導体チップ２の発光面中心ａから粗面表面３２に向けて出力された光は、粗面表面３２で以下のように透過又は反射される。
すなわち、粗面表面３２は種々の方向を有する多数の表面片の集合と考えることができるので、粗面表面３２において、各表面片を入射した光が透過するかどうかは、各表面片に対する光の入射角よる。
例えば、図２に示すように、表面片３２ａに入射する光Ｌ１は入射角α1が臨界角θより小さいと表面片３２ａを透過して外部に出力される。また、例えば表面片３２ｂに入射する光Ｌ２は入射角α2が臨界角θより小さいと表面片３２ａを透過して外部に出力される。
尚、以上の説明は、半導体チップ２の発光面中心２ａから出射された光についておこなったが、半導体チップ２の発光面の面積は、透光性封止樹脂３の表面の面積に比べて十分小さいので、実際には半導体チップ２の発光面が一定の広がりを持つことを考慮しても、上記説明とほぼ同様に考えることができる。
【００１２】
本発明者らは、本実施形態の光取り出し効果を確認するために、透光性封止樹脂の表面が全て平滑面である従来形態のものを作成して光の出力を測定し、次にその測定したその素子にて、本実施形態に示したように外周部分を表面粗さ５０Ｚ程度の粗面に追加工したもので出力を測定し、従来のものと比較したところ、粗面加工後の方が出力が約５０％高く、本発明による効果が確認された。
尚、本発明では、粗面表面３２の表面粗さには限定されるものではない。
【００１３】
以上のように本実施形態の発光ダイオードによれば、透光性封止樹脂３の表面の外周部に粗面表面３２を形成することにより、半導体チップから放射された光の該粗面表面３２における支持体１の凹部１ｃ内部に向かう反射を小さくできるので、光の取り出し効率を高くすることができる。
また、光の取り出し効率を高くできることにより、表面で反射された光が透光性封止樹脂及び支持体１の凹部１ｃの内面で吸収される量を少なくでき、透光性封止樹脂３の劣化を少なくできるので、発光ダイオードの寿命を長くできる。
【００１４】
また、本実施形態の発光ダイオードでは、上述のように粗面表面３２を設けているので、比較的広い範囲に発光した光を放射でき、視野角を広くできる。 また、本実施形態の発光ダイオードでは、粗面表面３２を設けているので、粗面表面３２により外部の光を乱反射させることができ、コントラスト比を高くすることができる。ここで、コントラスト比とは、発光ダイオードのオフ状態の時の明るさに対する点灯させた時の明るさの比である。
【００１５】
またさらに、本実施形態の発光素子は、透光性封止樹脂３の厚さを薄くしても、上記粗面表面を形成することにより、光の反射を増加させることがないので、効果的な光の取り出しを確保することができる。またこのように、透光性封止樹脂３を薄くすると、透過性封止樹脂による光の吸収を小さくすることができるので、さらに発生した光を効率的に取り出すことができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光素子は、上記透光性封止樹脂の上記表面のうちの、上記半導体チップの上方に位置する中央部を平滑表面としかつ該平滑表面を除く周辺部分を粗面としているので、上記透光性封止樹脂の上記表面のうち粗面とした部分から効果的に光を出力することができる。
従って、本発明によれば、発光した光の取り出し効率を高くできかつ素子寿命を長くできる発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施形態の発光ダイオードの構成を示す断面図である。
【図２】 本発明における光の取り出しを説明するための図である。
【図３】 従来例における光の内部反射を示す図である。
【符号の説明】
１…支持体、
１ｃ…凹部、
１ａ，１ｂ…外部接続電極、
２…半導体チップ、
２ａ…発光面中心、
３…透光性封止樹脂、
３１…平滑平面、
３２…粗面表面。
Claims (1)
- 半導体チップが設けられた支持体と、上記半導体チップを覆うようにかつ表面が略平面になるように設けられた透光性封止樹脂とを備え、該透光性封止樹脂の上記表面から光を出力する発光素子であって、
上記透光性封止樹脂の上記表面のうちの、上記半導体チップの上方に位置する中央部を平滑表面としかつ該平滑表面を除く周辺部分を粗面として、
上記半導体チップの発光面の中心部から出力された光の上記平滑表面への入射角が臨界角以下になる範囲に、上記平滑表面が形成されたことを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2030298A JP3951406B2 (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2030298A JP3951406B2 (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 発光素子 |
Publications (2)
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| JPH11204840A JPH11204840A (ja) | 1999-07-30 |
| JP3951406B2 true JP3951406B2 (ja) | 2007-08-01 |
Family
ID=12023366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2030298A Expired - Fee Related JP3951406B2 (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 発光素子 |
Country Status (1)
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