JP3991961B2 - Side-emitting type light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライト、パネルメーター、表示灯や面発光スイッチなどに用いられる発光装置、および光学センサなどに用いられる受光装置並びにそれらを用いた光学装置に関する。   The present invention relates to a light emitting device used for a backlight of a liquid crystal display, a panel meter, an indicator lamp, a surface emitting switch, and the like, a light receiving device used for an optical sensor, and an optical device using them.
今日、発光素子や受光素子に代表される半導体素子と、該発光素子や受光素子を外部環境から保護し、それらの電極と接続するリード電極を備えた支持体とを有する半導体装置が提供されている。   Today, there is provided a semiconductor device having a semiconductor element typified by a light-emitting element and a light-receiving element, and a support provided with a lead electrode that protects the light-emitting element and the light-receiving element from the external environment and connects to those electrodes. Yes.
特に発光装置として、発光素子と該発光素子からの光を吸収して異なる波長を有する光を発光する蛍光体とを組み合わせて白色系の混色光を高輝度に発光可能な発光ダイオードが開発された。その結果、これらの複数の発光ダイオードを配列して構成される光源が種々の分野にて利用されている。このような発光ダイオードは、発光素子がパッケージと呼ばれる支持体に固定され、発光装置とされている。例えば、発光装置の発光面が発光装置の実装面にほぼ垂直な方向に設けられ、発光装置の実装面にほぼ平行な方向に光を照射可能な表面実装型発光装置(例えば、特許文献1参照。)が挙げられる。   In particular, as a light emitting device, a light emitting diode capable of emitting white mixed light with high luminance by combining a light emitting element and a phosphor that emits light having different wavelengths by absorbing light from the light emitting element has been developed. . As a result, light sources configured by arranging a plurality of these light emitting diodes are used in various fields. In such a light emitting diode, a light emitting element is fixed to a support body called a package to form a light emitting device. For example, a light-emitting surface of a light-emitting device is provided in a direction substantially perpendicular to the mounting surface of the light-emitting device, and can be irradiated with light in a direction substantially parallel to the mounting surface of the light-emitting device (see, for example, Patent Document 1) .).
また、発光ダイオード等の発光装置が固定された透光性部材の光入射面から発光ダイオードの光を入射させ、透光性部材内を導光させた後、該透光性部材の光出射面側から光を取り出す光源が知られている。このような光源として例えば、液晶ディスプレイ用バックライト等の面状光源が挙げられる。   In addition, after the light of the light emitting diode is incident from the light incident surface of the light transmissive member to which the light emitting device such as the light emitting diode is fixed and guided in the light transmissive member, the light emission surface of the light transmissive member Light sources that extract light from the side are known. Examples of such a light source include a planar light source such as a backlight for a liquid crystal display.
特開2000−196153号公報。JP 2000-196153.
しかしながら、上記特許文献1に開示されるパッケージは、薄膜電極を絶縁性基板に設けて成り、該絶縁性基板のみにてパッケージの外形が決定する。ここで、絶縁性基板は高温下にて収縮が激しく一定形状がえられにくい。また、絶縁性基板を使用すればパッケージの小型化に限界がある。さらに、薄膜電極を利用しているため、小型化になるほど放熱性が乏しくなる。   However, the package disclosed in Patent Document 1 includes a thin film electrode provided on an insulating substrate, and the outer shape of the package is determined only by the insulating substrate. Here, the insulating substrate is highly contracted at high temperatures, and it is difficult to obtain a certain shape. Further, if an insulating substrate is used, there is a limit to downsizing of the package. Furthermore, since the thin film electrode is used, the heat dissipation becomes poor as the size is reduced.
そこで、樹脂の射出成型により形成される成型体をパッケージとすることにより、発光装置の薄型化および小型化を図るとともに放熱性を向上させることとしている。このようなパッケージは、リード電極がパッケージ内に挿入されるように一体成型され、パッケージ成型後リード電極は、パッケージ側面から突出している部分を折り曲げられ、実装基板に対して実装しやすい形状とされる。ここで、半導体素子が載置されるリード電極は、パッケージ全体の大きさに対して比較的大きくすることが容易にできるため、半導体装置の放熱性を向上させることができる。しかしながら、樹脂の射出成型により形成されるパッケージは、リード電極を折り曲げる(フォーミング)強度により公差が生じ、一定形状を量産性良く得ることが困難である。そのため、複数の半導体装置を外部支持体や光学部材等に精度良く嵌め込む際、それぞれ異なるパッケージの外形に対応する外形を外部支持体や光学部材等にそれぞれ設けることが必要となり、効率よく装置を組み立てることが困難であった。   Therefore, by using a molded body formed by resin injection molding as a package, the light emitting device is reduced in thickness and size, and heat dissipation is improved. Such a package is integrally molded so that the lead electrode is inserted into the package, and after forming the package, the lead electrode has a shape that is easy to mount on the mounting board by bending the portion protruding from the side surface of the package. The Here, since the lead electrode on which the semiconductor element is placed can be easily made relatively large with respect to the overall size of the package, the heat dissipation of the semiconductor device can be improved. However, a package formed by resin injection molding has a tolerance due to the strength of bending the lead electrode (forming), and it is difficult to obtain a certain shape with high productivity. Therefore, when a plurality of semiconductor devices are accurately fitted into an external support or an optical member, it is necessary to provide external shapes corresponding to the external shapes of different packages on the external support or the optical member, respectively. It was difficult to assemble.
そこで本発明は、上記問題点を解決し、量産性および実装性に優れた半導体装置およびそれを利用した光学装置を提供する。   Therefore, the present invention solves the above problems and provides a semiconductor device excellent in mass productivity and mountability and an optical device using the same.
本願発明は、発光素子と、その発光素子を配置する凹部を有する支持体と、上記発光素子に接続するリード電極と、を備えており、上記支持体の側面のうち、上記凹部を有する主面と垂直かつ上記凹部の長手方向に設けられた側面の一つを実装面とする側面発光型発光装置であって、上記支持体は、上記凹部の外側に、第一の主面と、その第一の主面の外側に、上記第一の主面との間に段差を有して設けられた第二の主面と、を少なくとも有しており、上記第一の主面より外側の主面に凹形状または凸形状が設けられ、上記リード電極は、上記支持体の側面から突出された接続端子部を有し、その接続端子部が折り曲げられて配置される支持体の側面のうち、上記凹部の短手側の側面が、ハンガーリードの先端部を配置する凹部を有することを特徴とする。 The present invention includes a light-emitting element, a support having a recess in which the light-emitting element is disposed, and a lead electrode connected to the light-emitting element, and a main surface having the recess among the side surfaces of the support. A side-emitting light-emitting device that has one mounting surface that is perpendicular to the longitudinal direction of the recess as a mounting surface, wherein the support has a first main surface, At least a second main surface provided with a step between the first main surface and the main surface outside the first main surface. A concave shape or a convex shape is provided on the surface, and the lead electrode has a connection terminal portion protruding from the side surface of the support body, and among the side surfaces of the support body arranged by bending the connection terminal portion, side of the shorter side of the recess, having a concave portion to place the front end portion of the hanger lead And features.
本発明により、リード電極の接続端子部が所定の位置に配置された実装性の高い薄型の側面発光型発光装置とすることができる。   According to the present invention, a thin side-emitting light emitting device with high mountability in which the connection terminal portion of the lead electrode is disposed at a predetermined position can be obtained.
以下、図面を参照しながら本願発明に係る実施の形態について、特に発光装置を例にとり説明する。本発明にかかる半導体装置が発光装置に限定されないことはいうまでもない。図1から図5は、本願発明にかかる発光装置の模式的な斜視図(a)、および該発光装置を発光面に対して垂直な方向に切断した際の模式的な断面図(b)を示す。また、図16(a)〜(d)は、本実施の形態におけるパッケージの成型工程を示す模式的な断面図である。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, particularly using a light emitting device as an example. It goes without saying that the semiconductor device according to the present invention is not limited to a light emitting device. 1 to 5 are a schematic perspective view (a) of a light emitting device according to the present invention and a schematic cross-sectional view (b) when the light emitting device is cut in a direction perpendicular to the light emitting surface. Show. FIGS. 16A to 16D are schematic cross-sectional views showing a package molding process in the present embodiment.
本実施の形態の発光装置において、例えば図1に示すように、パッケージ1は、正負両リード電極2の一端部がパッケージ1に挿入されるように一体成型される。詳細に説明すると、パッケージ1は、主面側に発光素子4を収納することが可能な凹部を有し、その凹部の底面には、正のリード電極の一端部と負のリード電極の一端部とが互いに分離されてそれぞれの主面が露出するように設けられ、正のリード電極と負のリード電極の間には絶縁性の成型材料が充填されている。ここで本明細書中において「主面」とは、パッケージ、リード電極等、半導体装置の各構成部材の表面について、半導体発光素子の光が取り出される発光面側の面のことをいう。また、本発明において、発光装置主面に形成される発光面の形状は、図1に示されるような四角形状に限定されるものではなく、図6に示されるような楕円状としてもよい。このような形状とすることにより、凹部を形成するパッケージ側壁部の機械的強度を保持しながら発光面をできるだけ大きくすることができ、薄型化しても広い範囲に照射可能な発光装置とすることができる。   In the light emitting device of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 1, the package 1 is integrally molded so that one end portions of both positive and negative lead electrodes 2 are inserted into the package 1. More specifically, the package 1 has a recess capable of accommodating the light emitting element 4 on the main surface side, and one end portion of the positive lead electrode and one end portion of the negative lead electrode are formed on the bottom surface of the recess. Are separated from each other so that their main surfaces are exposed, and an insulating molding material is filled between the positive lead electrode and the negative lead electrode. Here, in this specification, the “main surface” refers to a surface on the light emitting surface side from which light of the semiconductor light emitting element is extracted with respect to the surface of each component of the semiconductor device such as a package and a lead electrode. Further, in the present invention, the shape of the light emitting surface formed on the main surface of the light emitting device is not limited to the quadrangular shape as shown in FIG. 1, but may be an elliptical shape as shown in FIG. By adopting such a shape, the light emitting surface can be made as large as possible while maintaining the mechanical strength of the side wall portion of the package that forms the recess, and a light emitting device that can irradiate a wide range even if it is thinned. it can.
本実施の形態の発光装置において正のリード電極および負のリード電極2は、他端部がパッケージ側面より突出するように挿入されている。該リード電極の突出した部分は、上記パッケージの主面に対向する裏面側に向かって、または上記主面と垂直を成す実装面側に向かって折り曲げられている。ここで、本実施の形態の発光装置は、主面と垂直を成し且つ凹部の長手方向と平行を成す面を実装面とし、該実装面に対してほぼ平行な方向へ光を発光する側面発光型発光装置である。   In the light emitting device of the present embodiment, the positive lead electrode and the negative lead electrode 2 are inserted so that the other end portions protrude from the package side surface. The protruding portion of the lead electrode is bent toward the back surface facing the main surface of the package or toward the mounting surface that is perpendicular to the main surface. Here, in the light-emitting device of the present embodiment, a surface that is perpendicular to the main surface and parallel to the longitudinal direction of the recess is a mounting surface, and a side surface that emits light in a direction substantially parallel to the mounting surface. This is a light emitting type light emitting device.
本実施の形態の発光装置に用いられるパッケージ1は、主面側にパッケージ内壁面8により凹部が形成され、該凹部に隣接するパッケージ主面の側壁部に段差を有している。具体的には、凹部に隣接する第一の主面1aと、該第一の主面1aより一段低い第二の主面1bとを少なくとも有している。即ち、第一の主面1aと第二の主面1bとの間に段差を有する。この段差は、第一及び第二の主面に対して垂直である必要はない。本発明にかかる半導体装置を外部の支持体や、導光板のような光学部材に嵌め込み易くするため、斜めにすることもあり得る。なお、第一の主面1aおよび第二の主面1bを有する形状に限定されず、さらに第三の主面、第四の主面、…と、3つ以上の主面を設けても構わない。このように構成されることにより、第一の主面1a、第二の主面1b、さらに第一の主面1aと第二の主面1bの間に設けることができる段差構造の側壁により、光学部材と位置決め可能な外形が一定形状で形成される。即ち、本願発明の発光装置の輝度を向上させるため、あるいは所望の光学特性を持たせるため、特定形状のレンズ等の光学部材を設けたり、本願発明の発光装置と導光板等を組み合わせ面状光源とする場合がある。その際、発光装置の第一の主面1aと第二の主面1bを少なくとも有する主面側形状と隙間無く填め込むことが可能な形状を光学部材等に設けることにより、容易に精度良く組み立てることができ、量産性および光学特性に優れた光源が得られる。なお、本実施の形態においては、第一の主面1aと第二の主面1bとの間に段差を有する主面としたが、本発明は、段差を有する形状に限られず、図18に示すように、第二の主面1bが第一の主面1aに対して傾斜するように連続している主面としてもよい。連続した第一の主面1aと第二の主面1bに隙間無く填め込むことが可能な形状に光学部材の装着面を加工することにより、本発明は、特に段差を有さなくても他の光学部材との装着性に優れる発光装置である。   The package 1 used in the light emitting device of the present embodiment has a recess formed on the main surface side by the package inner wall surface 8 and has a step on the side wall portion of the package main surface adjacent to the recess. Specifically, it has at least a first main surface 1a adjacent to the recess and a second main surface 1b that is one step lower than the first main surface 1a. That is, there is a step between the first main surface 1a and the second main surface 1b. This step need not be perpendicular to the first and second major surfaces. In order to easily fit the semiconductor device according to the present invention into an external support or an optical member such as a light guide plate, the semiconductor device may be inclined. In addition, it is not limited to the shape which has the 1st main surface 1a and the 2nd main surface 1b, Furthermore, you may provide a 3rd main surface, a 4th main surface, ... and 3 or more main surfaces. Absent. By being configured in this manner, the first main surface 1a, the second main surface 1b, and the side wall of the step structure that can be provided between the first main surface 1a and the second main surface 1b, The outer shape that can be positioned with the optical member is formed in a fixed shape. That is, in order to improve the luminance of the light-emitting device of the present invention or to provide desired optical characteristics, an optical member such as a lens having a specific shape is provided, or a planar light source combining the light-emitting device of the present invention and a light guide plate It may be. At that time, the main surface side shape having at least the first main surface 1a and the second main surface 1b of the light emitting device and the shape that can be fitted without a gap are provided in the optical member or the like, thereby assembling easily and accurately. Therefore, a light source excellent in mass productivity and optical characteristics can be obtained. In the present embodiment, the main surface has a step between the first main surface 1a and the second main surface 1b. However, the present invention is not limited to the shape having the step, and FIG. As shown, it is good also as a main surface which continues so that the 2nd main surface 1b may incline with respect to the 1st main surface 1a. By processing the mounting surface of the optical member into a shape that can be fitted into the continuous first main surface 1a and the second main surface 1b without a gap, the present invention can be used without any particular step. It is a light-emitting device excellent in mounting property with the optical member.
図17から図26は、本発明の種々の実施形態を示す。図17に示される実施形態によると、第二の主面1bは支持体(パッケージ1)両端の凸形状により形成される。この凸形状は、凹部を形成するパッケージの内壁面8を発光観測面方向に延長させた面を仮定したとき、その内壁面の外側に形成されていることが好ましい。このように構成することにより、凸形状が出光の妨げとならない発光装置とすることができる。また、この凸形状は、パッケージ1の両端にある必要はなく、導光板等の光学部材や実装基板と半導体装置との位置決めに都合のよい場所に単数あるいは複数設ければよい。なお、この凸形状はパッケージ1の長手方向に対して垂直である必要はなく、図21に示す溝形状の凹部のように斜めでも良い。さらに、凸形状と第一の主面1aとの接続線は、直線である必要はなく、曲線でもよい。   Figures 17 to 26 show various embodiments of the present invention. According to the embodiment shown in FIG. 17, the second main surface 1b is formed by convex shapes at both ends of the support (package 1). This convex shape is preferably formed on the outer side of the inner wall surface assuming a surface obtained by extending the inner wall surface 8 of the package forming the recess in the direction of the light emission observation surface. With this configuration, a light emitting device in which the convex shape does not hinder light output can be obtained. In addition, the convex shape does not need to be provided at both ends of the package 1, and may be provided singularly or plurally at a location convenient for positioning the optical member such as a light guide plate or the mounting substrate and the semiconductor device. Note that this convex shape does not need to be perpendicular to the longitudinal direction of the package 1 and may be inclined like a groove-shaped concave portion shown in FIG. Furthermore, the connecting line between the convex shape and the first main surface 1a does not have to be a straight line but may be a curved line.
図19及び図20は、第二の主面1bが円盤状の凹部あるいは凸部によって形成される場合の例である。即ち、図19及び図20に示される第二の主面1bは、それぞれ円盤状の凹部の底面、および円盤状の凸部の最上面となる。この円盤状の凹部あるいは凸部は円形である必要はなく、多角形であってもよい。   19 and 20 show an example in which the second main surface 1b is formed by a disk-shaped concave portion or convex portion. That is, the second main surface 1b shown in FIGS. 19 and 20 is a bottom surface of a disk-shaped concave portion and an uppermost surface of the disk-shaped convex portion, respectively. The disk-shaped concave portion or convex portion need not be circular, but may be polygonal.
更に凹部あるいは凸部は、図21に示すように、溝形状であっても良い。更に凹部あるいは凸部は、図22及び23に示すように環状の溝、あるいは内部が空洞の環状壁であってもよい。本実施例における凹部あるいは凸部の形状が環状に限定されず、多角形状であってもよいことはいうまでもない。   Furthermore, the concave portion or the convex portion may have a groove shape as shown in FIG. Furthermore, as shown in FIGS. 22 and 23, the concave portion or the convex portion may be an annular groove or an annular wall having a hollow inside. Needless to say, the shape of the concave portion or the convex portion in the present embodiment is not limited to an annular shape, and may be a polygonal shape.
図24から図26においては、第二の主面上にさらに凹部または凸部が形成されている実施の形態を示す。ここで、図24から図26における支持体は、第一及び第二の主面の他、第三の主面を有する。即ち、図24および図26に示される第三の主面は、凸形状の最上面であり、図25に示される第三の主面は、凹形状の底面である。このように構成することにより、本発明にかかる半導体装置は、主面の形状と嵌合可能な形状を有する光学部材と高精度な位置決めができる。なお、本実施の形態における凸形状は、支持体とともに一体成型されてなることが好ましいが、支持体と同じ材料、あるいは異なる材料からなる部材を支持体の主面に固着させることにより形成されてもよい。   24 to 26 show an embodiment in which a concave portion or a convex portion is further formed on the second main surface. Here, the support in FIGS. 24 to 26 has a third main surface in addition to the first and second main surfaces. That is, the third main surface shown in FIGS. 24 and 26 is a convex top surface, and the third main surface shown in FIG. 25 is a concave bottom surface. By comprising in this way, the semiconductor device concerning this invention can position with the optical member which has the shape which can be fitted with the shape of a main surface, and highly accurate. The convex shape in this embodiment is preferably formed integrally with the support, but is formed by fixing a member made of the same material as or a different material to the main surface of the support. Also good.
以上の実施の形態から明らかなように、本発明のパッケージにおける第一の主面及び第二の主面により構成される形状は、本発明の半導体装置の位置決めや、接着剤の流動あるいはその他の要因、例えば半導体素子の大きさ、形状等を考慮して自由に決めることができる。   As is clear from the above embodiments, the shape constituted by the first main surface and the second main surface in the package of the present invention is the positioning of the semiconductor device of the present invention, the flow of the adhesive, or other It can be freely determined in consideration of factors such as the size and shape of the semiconductor element.
図16(a)〜(d)は、本実施の形態におけるパッケージ1の成型工程を示す模式的な断面図である。以下、本発明にかるパッケージの成型方法を(a)〜(d)として順に説明する。まず、(a)金属平板に打ち抜き加工を施して形成されたリードフレーム24を、一対の成型用型である凸型27と凹型28とにて挟持し、凸型27と凹型28の内壁面によって形成される空洞内にリードフレーム24を配置する。このとき、後工程で正負一対のリード電極として形成されるリードフレーム24の先端部が所定の間隔をおいて互いに対向するように配置する。なお、凸型27は、貫通孔に嵌め込まれた棒状の突き出し部材25(例えば、ピン等)を少なくとも一つ以上有し、上記空洞および凹型28方向に可動である。次に、(b)凹型28に対し上記空洞方向に設けられたゲートへパッケージ成型材料26を注入し、上記空洞内をパッケージ成型材料26で満たす。なお、パッケージ成型材料の注入方向は、図16(b)にパッケージ成型材料注入方向29の矢印として示される。また、パッケージ成型材料26の注入時、図16(b)に示されるように、突き出し部材25の下面が凸型27の内壁面(第二の主面を形成する面)とほぼ同一平面となるように配置してもよいが、第二の主面に凹凸を形成する場合は、突き出し部材25の下面が凹型28方向にある程度突出するように配置する。(c)上記空洞内へ充填された成型材料を加熱および冷却することにより硬化させる。(d)最初に凹型28を取り外し、パッケージ主面の第二の主面1bをピンノック面とし、該第二の主面1bに突き出し部材25の下面を圧し当て、突き出し部材25を凹型28の方向に移動させることにより、パッケージ1を凸型27内から取り外す。なお、突き出し部材25の移動方向は、図16(d)に突き出し方向30の矢印として示される。   FIGS. 16A to 16D are schematic cross-sectional views showing the molding process of the package 1 in the present embodiment. Hereinafter, the molding method of the package according to the present invention will be described in order as (a) to (d). First, (a) a lead frame 24 formed by punching a metal flat plate is sandwiched between a pair of forming molds 27 and 28, and the inner wall surfaces of the protrusions 27 and 28 are used. The lead frame 24 is disposed in the cavity to be formed. At this time, it arrange | positions so that the front-end | tip part of the lead frame 24 formed as a pair of positive / negative lead electrode in a post process may mutually oppose at predetermined intervals. The convex mold 27 has at least one rod-like protruding member 25 (for example, a pin) fitted in the through hole, and is movable in the direction of the cavity and the concave mold 28. Next, (b) the package molding material 26 is injected into the gate provided in the cavity direction with respect to the concave mold 28, and the inside of the cavity is filled with the package molding material 26. The injection direction of the package molding material is shown as an arrow in the package molding material injection direction 29 in FIG. Further, when the package molding material 26 is injected, as shown in FIG. 16B, the lower surface of the protruding member 25 is substantially flush with the inner wall surface of the convex mold 27 (the surface forming the second main surface). However, when the unevenness is formed on the second main surface, the lower surface of the protruding member 25 is disposed so as to protrude to the concave mold 28 to some extent. (C) The molding material filled in the cavity is cured by heating and cooling. (D) First, the concave mold 28 is removed, the second main surface 1b of the package main surface is used as a pin knock surface, the lower surface of the protruding member 25 is pressed against the second main surface 1b, and the protruding member 25 is directed to the concave mold 28. The package 1 is removed from the convex mold 27 by moving to. In addition, the moving direction of the protrusion member 25 is shown as an arrow of the protrusion direction 30 in FIG.
以上説明したように、本実施の形態の発光装置で用いられるパッケージ1の如く、成形型を用いた射出成形にて形成させるパッケージ1は、成形型内にて形成された後、型内部に備えられたピン等の突き出し部材25にて押し出されて型から取り外される。   As described above, the package 1 formed by injection molding using a molding die, such as the package 1 used in the light emitting device of the present embodiment, is prepared in the molding die and then provided inside the die. It is pushed out by a protruding member 25 such as a pin and removed from the mold.
しかしながら、取り外し作業を行う際、パッケージの成形部材部分はまだ熱を有しており、外圧により変形しやすい状態となっている。例えば、凹部内のリード電極2主面をピンノック面とした場合、成形部材の機械的強度が弱いため、内部に挿入されたリード電極2の保持力が弱く、リード電極2の位置ずれやリード電極2自体に歪みが生じたりする場合があり、リード電極2上に載置される発光素子4は傾いた状態にて配置され、各発光装置間に指向特性のずれが生じる。そこで、パッケージ1の表面にピンノック面を設ける必要があるが、この場合、発光装置を小型化しようとすると、パッケージ1の端部をノック面としなければならなくなる。しかしながら、パッケージ1は型から取り外される際、まだ軟弱であり、ピンにてノックすると成形部材の一部が型の内部へ押し戻されてしまう。このピンノック面が凹部を形成する側壁の上面である場合、押し戻された成型材料は側壁にて形成される光反射面側へ向かうため光反射面の形状が変形し、発光装置の光学特性に悪影響を及ぼす危険性がある。   However, when the removal operation is performed, the molded member portion of the package still has heat and is easily deformed by external pressure. For example, if the lead electrode 2 main surface in the recess is a pin knock surface, the mechanical strength of the molded member is weak, so the holding force of the lead electrode 2 inserted in the inside is weak, and the displacement of the lead electrode 2 and the lead electrode 2 itself may be distorted, and the light emitting element 4 placed on the lead electrode 2 is disposed in an inclined state, and a directional characteristic shift occurs between the light emitting devices. Therefore, it is necessary to provide a pin knock surface on the surface of the package 1. In this case, if the light emitting device is to be downsized, the end portion of the package 1 must be a knock surface. However, when the package 1 is removed from the mold, it is still soft, and if it is knocked with a pin, a part of the molded member is pushed back into the mold. When this pin knock surface is the upper surface of the side wall that forms the recess, the pushed back molding material is directed toward the light reflecting surface formed on the side wall, so that the shape of the light reflecting surface is deformed, which adversely affects the optical characteristics of the light emitting device. There is a risk of
一方、本実施の形態の発光装置は、開口部が発光面となる凹部から発光装置の外側に向かって第一の主面1aと第二の主面1bを順に有しており、この第二の主面1bをピンノック面としてパッケージを成形型から取り出すことで、パッケージ1を小型化した際にも、凹部の形状に変形を加えてしまうことがなくなるため、発光特性に影響を与えることなく量産性良く形成することができる。   On the other hand, the light-emitting device of the present embodiment has a first main surface 1a and a second main surface 1b in this order from the concave portion whose opening is the light-emitting surface toward the outside of the light-emitting device. By removing the package from the mold using the main surface 1b of the pin as a pin knock surface, the shape of the concave portion will not be deformed even when the package 1 is miniaturized. It can be formed with good properties.
本実施の形態において、第二の主面1bの形状は特に限定されないが、第二の主面1b上に凸部1cを有していることが好ましく、凸部1cの高さは第一の主面までの高さよりも低いことが好ましい。これにより、本願発明の発光装置を他の部材に固定する際、第二の主面1b上に接着剤等との接触面積が増大し、接着強度を高めることができる。さらに、図2から図4に示されるように、凸部1cにより内部が空洞である外周壁が形成されていることが好ましい。これにより、内部の空洞に接着剤を充填させ光学部材等に固着させると、接着剤がリード電極や第一の主面1a側にまで流出することは外周壁により防止されるため、信頼および光学特性に優れた発光装置を形成することができる。なお、第二の主面1b上に凸部1cを有する形状は、凸型27の内壁面に凸部1cを成形する形状を設けるだけでなく、突き出し部材25を第二の主面1bに圧し当てることにより、パッケージ1を取り出す工程(図16(d))と同時に形成することもできる。   In the present embodiment, the shape of the second main surface 1b is not particularly limited, but preferably has a convex portion 1c on the second main surface 1b, and the height of the convex portion 1c is the first height. The height is preferably lower than the height to the main surface. Thereby, when fixing the light-emitting device of this invention to another member, a contact area with an adhesive agent etc. increases on the 2nd main surface 1b, and it can raise adhesive strength. Further, as shown in FIGS. 2 to 4, it is preferable that an outer peripheral wall having a hollow inside is formed by the convex portion 1c. As a result, when the internal cavity is filled with an adhesive and fixed to an optical member or the like, the outer wall prevents the adhesive from flowing out to the lead electrode or the first main surface 1a side. A light-emitting device having excellent characteristics can be formed. The shape having the convex portion 1c on the second main surface 1b not only provides a shape for forming the convex portion 1c on the inner wall surface of the convex die 27, but also presses the protruding member 25 against the second main surface 1b. By applying, it can be formed simultaneously with the step of taking out the package 1 (FIG. 16D).
本実施の形態のパッケージ1は、発光素子4や受光素子を収納することが可能な凹部を有している。凹部を形成する内壁面の形状は、特に限定されないが、発光素子4を載置する場合、開口側へ内径が徐々に大きくなるようなテーパー形状とすることが好ましい。これにより、発光素子4の端面から発光される光を効率よく発光観測面方向へ取り出すことができる。また、光の反射を高めるため、凹部の内壁面に銀等の金属メッキを施すなど、光反射機能を有するようにしてもよい。   The package 1 of the present embodiment has a recess that can accommodate the light emitting element 4 and the light receiving element. The shape of the inner wall surface forming the recess is not particularly limited, but when the light emitting element 4 is placed, it is preferable to have a tapered shape so that the inner diameter gradually increases toward the opening. Thereby, the light emitted from the end face of the light emitting element 4 can be efficiently extracted in the direction of the light emission observation surface. Further, in order to enhance the reflection of light, the inner wall surface of the recess may be provided with a light reflection function such as metal plating such as silver.
本実施の形態の発光装置は、以上のように構成されたパッケージ1の凹部内に、発光素子4が載置され、凹部内の発光素子4を被覆するように透光性樹脂が充填され、封止部材3が形成される。次に、本実施の形態にかかる発光装置の製造工程および各構成部材について詳述する。   In the light emitting device of the present embodiment, the light emitting element 4 is placed in the concave portion of the package 1 configured as described above, and a light-transmitting resin is filled so as to cover the light emitting element 4 in the concave portion. The sealing member 3 is formed. Next, the manufacturing process and each component of the light emitting device according to this embodiment will be described in detail.
[工程1:リード電極形成]
本実施の形態では、まず第一の工程として、金属板に対し打ち抜き加工を施し正負一対のリード電極となる端部を複数対有するリードフレームを形成し、該リードフレーム表面に金属メッキを施す。なお、リード電極のカットフォーミング工程から発光装置の分離工程までパッケージを支持するハンガーリードをリードフレームの一部に対して設けることができる。
[Step 1: Lead electrode formation]
In the present embodiment, first, as a first step, a metal plate is punched to form a lead frame having a plurality of end portions to be a pair of positive and negative lead electrodes, and metal plating is applied to the surface of the lead frame. A hanger lead for supporting the package from the lead electrode cut forming step to the light emitting device separation step can be provided on a part of the lead frame.
(リード電極2)
本実施の形態におけるリード電極2は、発光素子に電力を供給するとともに、該発光素子を載置可能な導電体である。特に、本実施の形態にかかるリード電極2は、一方の端部がパッケージ側面からパッケージ内部に挿入され、他方の端部がパッケージ側面から突出するようにパッケージ成型時に一体成型される。また、パッケージ内部に挿入されたリード電極2の端部の主面は、成型用型の一部をリード電極に接触させることにより、パッケージの凹部底面から露出するように一体成型することができる。なお、パッケージの凹部底面からリード電極2の端部の主面を露出させない構成とした半導体装置は、凹部内に載置された半導体素子と凹部外に露出させたリード電極との接続を導電性ワイヤにより行うこととなる。
(Lead electrode 2)
The lead electrode 2 in the present embodiment is a conductor capable of supplying power to the light emitting element and mounting the light emitting element. In particular, the lead electrode 2 according to the present embodiment is integrally molded at the time of molding the package so that one end is inserted into the package from the side of the package and the other end protrudes from the side of the package. The main surface of the end portion of the lead electrode 2 inserted into the package can be integrally molded so as to be exposed from the bottom surface of the recess of the package by bringing a part of the molding die into contact with the lead electrode. In the semiconductor device configured such that the main surface of the end portion of the lead electrode 2 is not exposed from the bottom surface of the recess of the package, the connection between the semiconductor element placed in the recess and the lead electrode exposed outside the recess is conductive. This is done with a wire.
リード電極2の材料は、導電性であれば特に限定されないが、半導体素子と電気的に接続する部材である導電性ワイヤ5やバンプ6等との接着性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、300μΩ−cm以下が好ましく、より好ましくは3μΩ−cm以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が好適に挙げられる。   The material of the lead electrode 2 is not particularly limited as long as it is conductive. However, the lead electrode 2 is required to have good adhesion and electrical conductivity to the conductive wires 5 and the bumps 6 that are members electrically connected to the semiconductor element. . The specific electric resistance is preferably 300 μΩ-cm or less, more preferably 3 μΩ-cm or less. Suitable materials that satisfy these conditions include iron, copper, iron-containing copper, tin-containing copper and copper, gold, silver plated aluminum, iron, copper, and the like.
プレス加工後の長尺金属板の各パッケージに対応する部分において、正のリード電極は、成形後の凹部の底面においてその一端面が負のリード電極の一端面と対向するように負のリード電極とは分離されている。本実施形態では、端部主面が凹部底面で露出されるリード電極2に特別な加工を施していないが、凹部の長手方向を軸とし左右に貫通孔を少なくとも1対設けるなどして成形樹脂との結合強度を強めることも可能である。   In the portion corresponding to each package of the long metal plate after press working, the positive lead electrode is a negative lead electrode so that one end surface thereof faces the one end surface of the negative lead electrode at the bottom surface of the concave portion after molding. And are separated. In this embodiment, the lead electrode 2 whose end principal surface is exposed at the bottom surface of the recess is not specially processed, but a molding resin is provided by providing at least one pair of through holes on the left and right with the longitudinal direction of the recess as an axis. It is also possible to increase the bond strength.
[工程2:パッケージ形成]
本実施の形態におけるパッケージ1は、発光素子4が載置可能で、発光素子4が載置されるリード電極2を固定保持する支持体として働き、発光素子4や導電性ワイヤ5を外部環境から保護する機能も有する。
[Step 2: Package formation]
The package 1 according to the present embodiment can be mounted with the light emitting element 4 and functions as a support for fixing and holding the lead electrode 2 on which the light emitting element 4 is mounted. The light emitting element 4 and the conductive wire 5 can be removed from the external environment. It also has a function to protect.
工程1に続いて、上記長尺金属板を成形用型である凸型および凹型の間に配置させてこれらの型を閉じる。このとき、少なくとも二つのリード電極の端部が凸型および凹型を閉じることにより得られる空洞部内に配置されるようにする。次に、凹型背面に設けられたゲートより空洞部内へ成形材料を注入し、少なくとも二つのリード電極の端部を被覆する。上記空洞部は、パッケージの外形に対応している。本実施の形態において、成形樹脂部を成形するための成形型は、凹部に隣接するパッケージ主面に段差を有し、第一の主面1aと、該第一の主面1aから一段低く且つ該第一の主面1aよりも凹部から外側に配置された第二の主面1bと、を備えたパッケージ1が得られるような形状を有している。また、成形型において、プレス加工された長尺金属板は、プレスの打ち抜き方向と成形型内に樹脂を注入する方向とが一致するように凸型と凹型の間に挿入配置することが好ましい。このように長尺金属板の配置方向を決定すると、正及び負のリード電極の端部により形成される空間に隙間なく樹脂を充填することができ、注入される成形樹脂の一方の主面上への流出を阻止することができる。   Subsequent to step 1, the long metal plate is placed between a convex mold and a concave mold, which are forming molds, and these molds are closed. At this time, the end portions of at least two lead electrodes are arranged in a cavity portion obtained by closing the convex and concave shapes. Next, a molding material is injected into the cavity from the gate provided on the concave back surface to cover the ends of at least two lead electrodes. The hollow portion corresponds to the outer shape of the package. In the present embodiment, the mold for molding the molded resin portion has a step on the package main surface adjacent to the recess, and is one step lower than the first main surface 1a and the first main surface 1a. The first main surface 1a has a shape such that a package 1 including the second main surface 1b disposed on the outer side from the recess is obtained. Further, in the forming die, it is preferable that the pressed long metal plate is inserted and disposed between the convex die and the concave die so that the punching direction of the press coincides with the direction of injecting the resin into the forming die. By determining the arrangement direction of the long metal plate in this way, the resin formed in the space formed by the end portions of the positive and negative lead electrodes can be filled without any gap, and on one main surface of the injected molding resin Can be prevented.
また、上述したハンガーリードをリードフレームに設けると、図3(a)に示されるように、ハンガーリード先端部の形状によりパッケージ側面に凹部を有するパッケージ1が成型され、フォーミング工程終了までハンガーリードは該凹部を利用してパッケージを支えることができる。   Further, when the hanger lead described above is provided on the lead frame, as shown in FIG. 3A, the package 1 having a recess on the side surface of the package is formed by the shape of the tip of the hanger lead. The package can be supported using the recess.
(成形材料)
本発明で用いられるパッケージの成形材料は特に限定されず、液晶ポリマー、ポリフタルアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等、従来から知られているあらゆる熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、ポリフタルアミド樹脂のように高融点結晶が含有されてなる半結晶性ポリマー樹脂を用いると、表面エネルギーが大きく、開口内部に設けることができる封止樹脂や後付することができる導光板等との密着性が良好なパッケージが得られる。これにより、封止樹脂を充填し硬化する工程において、冷却過程でのパッケージと封止樹脂との界面に剥離が発生することを抑制することができる。また、発光素子チップからの光を効率よく反射させるために、パッケージ成形部材中に酸化チタンなどの白色顔料などを混合させることができる。
(Molding material)
The molding material for the package used in the present invention is not particularly limited, and any conventionally known thermoplastic resin such as liquid crystal polymer, polyphthalamide resin, polybutylene terephthalate (PBT), or the like can be used. In particular, when a semi-crystalline polymer resin containing a high melting point crystal such as polyphthalamide resin is used, the surface energy is large, and a sealing resin that can be provided inside the opening or a light guide plate that can be retrofitted Thus, a package having good adhesion with the above can be obtained. Thereby, in the process of filling and curing the sealing resin, it is possible to suppress the occurrence of peeling at the interface between the package and the sealing resin during the cooling process. Moreover, in order to reflect the light from a light emitting element chip | tip efficiently, white pigments, such as a titanium oxide, can be mixed in a package shaping | molding member.
このようにして形成された成形部材を型から取り外す。具体的には、まず凹型を開き、次に凸型内部に備えられたピンをパッケージの第二の主面へ向かって突きだす。この際、第二の主面上にピンの径を内壁とする円柱外壁が形成される。このような円柱外壁を有することにより、発光装置を接着剤等にて他部材と固着させる際、接着剤の流れを防止することができ、他部材との固着力が向上する。   The molded member thus formed is removed from the mold. Specifically, the concave mold is first opened, and then the pins provided inside the convex mold are projected toward the second main surface of the package. At this time, a cylindrical outer wall having the pin diameter as an inner wall is formed on the second main surface. By having such a cylindrical outer wall, when the light emitting device is fixed to another member with an adhesive or the like, the flow of the adhesive can be prevented, and the fixing force with the other member is improved.
[工程3:半導体素子載置]
次に、パッケージ1に設けた凹部の底面に露出されたリード電極2に対し、半導体素子を固定する。本実施の形態では、半導体素子として特に発光素子について説明するが、本発明に使用することができる半導体素子は、発光素子に限られず、受光素子、静電保護素子(ツェナーダイオード、コンデンサ等)、あるいはそれらを少なくとも二種以上組み合わせたものを使用することができる。
[Step 3: Placement of semiconductor element]
Next, the semiconductor element is fixed to the lead electrode 2 exposed on the bottom surface of the recess provided in the package 1. In this embodiment, a light-emitting element is described as a semiconductor element. However, a semiconductor element that can be used in the present invention is not limited to a light-emitting element, and includes a light-receiving element, an electrostatic protection element (such as a Zener diode or a capacitor), Or what combined those 2 or more types can be used.
(発光素子4)
本発明における半導体素子として、発光素子、受光素子等の半導体素子が考えられるが、本実施の形態において使用される半導体素子は、発光素子として使用されるLEDチップである。本実施の形態におけるLEDチップは、凹部底面の大きさに合わせて複数用いてもよいし、凹部底面の形状に合わせて種々の形状とすることができる。
(Light emitting element 4)
As the semiconductor element in the present invention, semiconductor elements such as a light emitting element and a light receiving element are conceivable. The semiconductor element used in the present embodiment is an LED chip used as a light emitting element. A plurality of LED chips in the present embodiment may be used in accordance with the size of the bottom surface of the recess, and various shapes can be formed in accordance with the shape of the bottom surface of the recess.
ここで、本発明において発光素子4は特に限定されないが、蛍光物質7を共に用いた場合、該蛍光物質を励起可能な波長を発光できる活性層を有する半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子として、ZnSeやGaNなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。前記窒化物半導体は、所望に応じてボロンやリンを含有させることもできる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。 Here, the light emitting device 4 is not particularly limited in the present invention, but when the fluorescent material 7 is used together, a semiconductor light emitting device having an active layer capable of emitting a wavelength capable of exciting the fluorescent material is preferable. Examples of such semiconductor light emitting devices include various semiconductors such as ZnSe and GaN, but nitride semiconductors (In X Al Y Ga 1- XYN capable of emitting short wavelengths capable of efficiently exciting fluorescent materials). , 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1). The nitride semiconductor may contain boron or phosphorus as desired. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, and a pn junction, a heterostructure, and a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. Moreover, it can also be set as the single quantum well structure and the multiple quantum well structure which formed the active layer in the thin film which produces a quantum effect.
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO、GaN等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にMOCVD法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。例えば、サファイア基板上にGaN、AlN、GaAIN等のバッファ層を形成しその上にpn接合を有する窒化物半導体を形成させる。また基板は、半導層を積層した後、取り除くことも可能である。   When a nitride semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, or GaN is preferably used for the semiconductor substrate. In order to form a nitride semiconductor with good crystallinity with high productivity, it is preferable to use a sapphire substrate. A nitride semiconductor can be formed on the sapphire substrate by MOCVD or the like. For example, a buffer layer such as GaN, AlN, or GaAIN is formed on a sapphire substrate, and a nitride semiconductor having a pn junction is formed thereon. The substrate can also be removed after the semiconductor layer is laminated.
窒化物半導体を使用したpn接合を有する発光素子例として、バッファ層上に、n型窒化ガリウムで形成した第1のコンタクト層、n型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第1のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、p型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第2のクラッド層、p型窒化ガリウムで形成した第2のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でn型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のn型窒化物半導体を形成させる場合は、n型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Te、C等を適宜導入することが好ましい。一方、p型窒化物半導体を形成させる場合は、p型ドーパントであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせる。窒化物半導体は、p型ドーパントをドープしただけではp型化しにくいためp型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。また、パターニングにより、各電極のボンディング部のみを露出させ素子全体を覆うようにSiO等からなる絶縁性保護膜を形成すると、小型化発光装置を信頼性高く形成することができる。本発明の発光ダイオードにおいて白色系を発光させる場合は、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して発光素子の発光波長は400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましい。発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、450nm以上475nm以下がさらに好ましい。なお、比較的紫外線により劣化されにくい部材との組み合わせにより400nmより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光素子を用いることもできる。 As an example of a light emitting device having a pn junction using a nitride semiconductor, a first contact layer formed of n-type gallium nitride, a first cladding layer formed of n-type aluminum nitride / gallium, and a nitride layer on a buffer layer Examples include a double hetero structure in which an active layer formed of indium gallium, a second cladding layer formed of p-type aluminum nitride / gallium, and a second contact layer formed of p-type gallium nitride are sequentially stacked. Nitride semiconductors exhibit n-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired n-type nitride semiconductor, for example, to improve luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, etc. as an n-type dopant. On the other hand, when forming a p-type nitride semiconductor, the p-type dopants such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba are doped. Since nitride semiconductors are not easily converted to p-type by simply doping with a p-type dopant, it is preferable to reduce resistance by heating in a furnace or plasma irradiation after introducing the p-type dopant. After the electrodes are formed, a light emitting element made of a nitride semiconductor can be formed by cutting the semiconductor wafer into chips. Further, if an insulating protective film made of SiO 2 or the like is formed by patterning so as to expose only the bonding portions of the electrodes and cover the entire element, a miniaturized light emitting device can be formed with high reliability. When white light is emitted in the light emitting diode of the present invention, the emission wavelength of the light emitting element is preferably 400 nm or more and 530 nm or less, taking into consideration the complementary color relationship with the emission wavelength from the fluorescent material, deterioration of the translucent resin, and the like. More preferably, it is 490 nm or less. In order to further improve the excitation and emission efficiency of the light emitting element and the fluorescent material, 450 nm or more and 475 nm or less are more preferable. Note that a light-emitting element having a main light emission wavelength in an ultraviolet region shorter than 400 nm or a short wavelength region of visible light can be used in combination with a member that is relatively difficult to be deteriorated by ultraviolet rays.
(バンプ6)
本実施の形態において発光素子4は、同一面側に設けられた一対の電極をパッケージ凹部より露出された一対のリード電極と対向させてなるフリップチップ方式にて実装すると、発光面側に光を遮るものが存在せず、均一な発光を得ることができる。バンプの材料は、導電性であれば特に限定されないが、発光素子の正負両電極およびリード電極のメッキ材料に含まれる材料の少なくとも一種を含有することが好ましい。例えばAg、Au、共晶ハンダ(Au−Sn)、Pb−Sn、鉛フリーハンダ等が挙げられる。本実施の形態では、各リード電極2上にそれぞれAuからなるバンプ6を形成し、各バンプ上に発光素子4の各電極を対向させ、熱、超音波および荷重を印加することによりバンプと電極とを接合する。あるいは別の実施の形態では、まず、発光素子の各電極上にそれぞれバンプ6を形成した後、各バンプ6と各リード電極2を対向させ、同様に超音波にて接合する。それぞれ形成方法の異なるバンプの種類としては、導電性ワイヤの端部をボンディングした後、該端部を残すようにワイヤを切断して得られるスタッドバンプや、所望のマスクパターンを施した後の金属蒸着により得られるバンプ等がある。また、このようなバンプは、リード電極の側に先に設けることもできるし、発光素子の電極の側に先に設けることもできるし、リード電極と発光素子の電極の側にそれぞれ分けて設けることもできる。
(Bump 6)
In the present embodiment, when the light emitting element 4 is mounted by a flip chip method in which a pair of electrodes provided on the same surface is opposed to a pair of lead electrodes exposed from the package recess, light is emitted to the light emitting surface. There is no blocking object, and uniform light emission can be obtained. The material of the bump is not particularly limited as long as it is conductive, but preferably contains at least one of the materials included in the positive and negative electrodes of the light emitting element and the plating material of the lead electrode. For example, Ag, Au, eutectic solder (Au—Sn), Pb—Sn, lead-free solder and the like can be mentioned. In this embodiment, bumps 6 made of Au are formed on each lead electrode 2, each electrode of the light emitting element 4 is made to face each bump, and heat, ultrasonic waves, and a load are applied to the bump and the electrode. And join. Alternatively, in another embodiment, first, bumps 6 are formed on each electrode of the light emitting element, and then each bump 6 and each lead electrode 2 are opposed to each other and similarly joined by ultrasonic waves. The types of bumps with different formation methods include stud bumps obtained by bonding the ends of conductive wires and then cutting the wires to leave the ends, and metal after applying the desired mask pattern. There are bumps obtained by vapor deposition. Further, such bumps can be provided first on the lead electrode side, or can be provided first on the electrode side of the light emitting element, or provided separately on the lead electrode and the electrode side of the light emitting element. You can also
また、フリップチップ方式にて実装する場合、半導体素子は、支持基板としてサブマウントを介して実装することが好ましい。図7は、サブマウントを介して実装する実施例の模式的な斜視図を示す。フリップチップ方式では、パッケージの熱応力によりリード電極がズレ動くため、パンプを介して接合されている発光素子とリード電極との間が剥離しやすい。また、対向する正負両リード電極の先端部の間隔を発光素子の正負両電極の間隔程度まで狭めることが困難であり、発光素子をリード電極に対して安定に接続することが難しい。パッケージ材料の最適化により上記問題はある程度解消するが、サブマウントを介してフリップチップ実装することにより、発光装置の更なる信頼性の向上を図ることが容易にできる。   Moreover, when mounting by a flip-chip system, it is preferable that a semiconductor element is mounted via a submount as a support substrate. FIG. 7 shows a schematic perspective view of an embodiment mounted via a submount. In the flip chip method, the lead electrode is displaced due to the thermal stress of the package, so that the light emitting element and the lead electrode that are joined via the bump are easily separated. In addition, it is difficult to reduce the distance between the tip portions of the opposing positive and negative lead electrodes to the distance between the positive and negative electrodes of the light emitting element, and it is difficult to stably connect the light emitting element to the lead electrode. Although the above-mentioned problem is solved to some extent by optimizing the package material, further reliability improvement of the light-emitting device can be easily achieved by flip-chip mounting via the submount.
サブマウント基板11の表面には、発光素子4に対向する面からリード電極2に対向する面にかけて導電性部材12により導電性パターンが配されている。導電性パターンの間隔は、エッチング等の方法により発光素子4の正負両電極の間隔程度まで狭めて設けることも可能である。サブマウント基板11の材料は、発光素子4と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば窒化物半導体発光素子に対して窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウント基板11と発光素子4との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。あるいは、サブマウント基板11の材料は、静電保護素子(ツェナーダイオード)の機能を内部に持たせることもでき安価でもあるシリコンが好ましい。このとき、サブマウントの表面には、p型およびn型半導体が露出され、p型およびn型半導体に設けられる電極は、それぞれ発光素子の負電極および正電極に対しバンプを介して逆並列に接続される。また、導電性部材は、反射率の高いアルミニウムや銀、および金とすることが好ましい。さらに、サブマウント基板11に対し、発光素子4の実装に悪影響を与えない箇所に、孔や凹凸形状を設けることが好ましい。このような形状を設けることにより、発光素子4からの熱はサブマウントから効率よく放熱することができる。サブマウント基板11の厚さ方向に少なくとも一つ以上の貫通孔を設け、貫通孔の内壁面に上記導電性部材12が延材するように形成すると、放熱性がさらに向上するため、好ましい。なお、本実施の形態におけるサブマウントは、導電性パターンをリード電極と直接接続しているが、導電性ワイヤを介してリード電極と接続する構成としても構わない。   On the surface of the submount substrate 11, a conductive pattern is disposed by a conductive member 12 from a surface facing the light emitting element 4 to a surface facing the lead electrode 2. It is also possible to provide the conductive pattern intervals so as to be narrowed to the interval between the positive and negative electrodes of the light emitting element 4 by a method such as etching. The material of the submount substrate 11 is preferably aluminum nitride with respect to the light emitting element 4 having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the nitride semiconductor light emitting element. By using such a material, the influence of the thermal stress generated between the submount substrate 11 and the light emitting element 4 can be reduced. Alternatively, the material of the submount substrate 11 is preferably silicon, which can have the function of an electrostatic protection element (zener diode) inside and is inexpensive. At this time, the p-type and n-type semiconductors are exposed on the surface of the submount, and the electrodes provided on the p-type and n-type semiconductors are in reverse parallel to the negative electrode and the positive electrode of the light emitting element via bumps, respectively. Connected. The conductive member is preferably made of aluminum, silver, or gold having high reflectivity. Furthermore, it is preferable to provide a hole or a concavo-convex shape at a location where the mounting of the light emitting element 4 is not adversely affected on the submount substrate 11. By providing such a shape, the heat from the light emitting element 4 can be efficiently radiated from the submount. It is preferable to provide at least one through hole in the thickness direction of the submount substrate 11 and to form the conductive member 12 so as to extend on the inner wall surface of the through hole, since the heat dissipation is further improved. In the submount in this embodiment, the conductive pattern is directly connected to the lead electrode. However, the submount may be connected to the lead electrode through a conductive wire.
発光装置の信頼性を向上させるため、発光素子の正負両電極間とサブマウントの間、あるいは発光素子の正負両電極間とパッケージの凹部底面に露出されたリード電極2との間に生じた隙間にはアンダフィルが充填されてもよい。アンダフィルの材料は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。アンダフィルの熱応力を緩和させるため、さらに窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等がエポキシ樹脂に混入されてもよい。アンダフィルの量は、発光素子の正負両電極とサブマウントとの間に生じた隙間を埋めることができる量である。   In order to improve the reliability of the light emitting device, a gap formed between the positive and negative electrodes of the light emitting element and the submount, or between the positive and negative electrodes of the light emitting element and the lead electrode 2 exposed at the bottom of the recess of the package. May be filled with underfill. The underfill material is, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin. In order to relieve the thermal stress of underfill, aluminum nitride, aluminum oxide, a composite mixture thereof, or the like may be further mixed into the epoxy resin. The amount of underfill is an amount that can fill a gap formed between the positive and negative electrodes of the light emitting element and the submount.
サブマウントに設けた導電性パターンと発光素子4の電極との接続は、例えばAu、共晶ハンダ(Au−Sn、Pb−Sn)、鉛フリーハンダ等の接合部材10によって超音波接合を行う。また、サブマウントに設けた導電性パターンとリード電極2との接続は、例えばAuペースト、Agペースト等の接合部材10によって行う。   The conductive pattern provided on the submount and the electrode of the light emitting element 4 are connected by ultrasonic bonding using a bonding member 10 such as Au, eutectic solder (Au-Sn, Pb-Sn), lead-free solder, or the like. In addition, the conductive pattern provided on the submount and the lead electrode 2 are connected by a bonding member 10 such as an Au paste or an Ag paste.
(導電性ワイヤ5)
一方、発光素子4を一方のリード電極上にダイボンド固定した後、発光素子の各電極とリード電極2とをそれぞれ導電性ワイヤ5にて接続してもよい。ここで、ダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、エポキシ樹脂等の絶縁性接着剤、Au−Sn合金、導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はAgが好ましく、Agの含有量が80%〜90%であるAgペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。
(Conductive wire 5)
On the other hand, after the light emitting element 4 is die-bonded to one lead electrode, each electrode of the light emitting element and the lead electrode 2 may be connected by the conductive wire 5. Here, the bonding member used for die bonding is not particularly limited, and an insulating adhesive such as an epoxy resin, an Au—Sn alloy, a resin containing a conductive material, glass, or the like can be used. The conductive material contained is preferably Ag. When an Ag paste having an Ag content of 80% to 90% is used, a light emitting device having excellent heat dissipation and low stress after bonding can be obtained.
導電性ワイヤ5としては、発光素子4の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては0.01cal/(s)(cm)(℃/cm)以上が好ましく、より好ましくは0.5cal/(s)(cm)(℃/cm)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ10μm以上、Φ45μm以下である。特に、蛍光物質が含有されたコーティング部と蛍光物質が含有されていない封止部材との界面で導電性ワイヤが断線しやすい。それぞれ同一材料を用いたとしても蛍光物質が入ることにより実質的な熱膨張量が異なるため断線しやすいと考えられる。そのため、導電性ワイヤの直径は、25μm以上がより好ましく、発光面積や扱い易さの観点から35μm以下がより好ましい。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。 The conductive wire 5 is required to have good ohmic properties, mechanical connectivity, electrical conductivity and thermal conductivity with the electrode of the light emitting element 4. Preferably 0.01cal / (s) (cm 2 ) (℃ / cm) or higher as heat conductivity, and more preferably 0.5cal / (s) (cm 2 ) (℃ / cm) or more. In consideration of workability and the like, the diameter of the conductive wire is preferably Φ10 μm or more and Φ45 μm or less. In particular, the conductive wire is easily disconnected at the interface between the coating portion containing the fluorescent material and the sealing member not containing the fluorescent material. Even if the same material is used, it is considered that wire breakage is likely because the substantial amount of thermal expansion differs depending on the fluorescent material. Therefore, the diameter of the conductive wire is more preferably 25 μm or more, and more preferably 35 μm or less from the viewpoint of light emitting area and ease of handling. Specific examples of such conductive wires include conductive wires using metals such as gold, copper, platinum, and aluminum, and alloys thereof.
[工程4:封止]
次に、発光素子4を外部環境から保護するため透光性の封止部材3を設ける。発光素子4あるいは導電性ワイヤ5等を覆うようにパッケージ1の凹部内に、封止部材3の材料を充填し、硬化させることにより発光素子4等を被覆する。
[Step 4: Sealing]
Next, a translucent sealing member 3 is provided to protect the light emitting element 4 from the external environment. The concave portion of the package 1 is filled with the material of the sealing member 3 so as to cover the light emitting element 4 or the conductive wire 5, and the light emitting element 4 is covered by curing.
(封止部材3)
封止部材3の材料は透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、および、それらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた透光性樹脂を用いることができる。また、封止部材は有機物に限られず、ガラス、シリカゲルなどの耐光性に優れた無機物を用いることもできる。また、本実施の形態において封止部材は、粘度増量剤、光拡散剤、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じてあらゆる部材を添加することができる。光拡散剤として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、および、それらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。更にまた、封止部材の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができ、発光素子チップからの発光を集束させたりすることができる。また、半導体素子として受光素子を使用した場合は、封止部材を透過して受光素子に入射する光が、受光素子の方向に集光するようにすると、受光装置の感度を向上させることが可能である。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた形状にすることができる。
(Sealing member 3)
The material of the sealing member 3 is not particularly limited as long as it is translucent. Silicone resin, epoxy resin, urea resin, fluororesin, and a hybrid resin including at least one of these resins are excellent in weather resistance. A light-sensitive resin can be used. The sealing member is not limited to an organic material, and an inorganic material having excellent light resistance such as glass and silica gel can also be used. In the present embodiment, any member such as a viscosity extender, a light diffusing agent, a pigment, a fluorescent substance, and the like can be added to the sealing member depending on the intended use. Examples of the light diffusing agent include barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon dioxide, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, and a mixture containing at least one of them. Furthermore, a lens effect can be provided by making the light emitting surface side of the sealing member have a desired shape, and light emitted from the light emitting element chip can be focused. In addition, when a light receiving element is used as a semiconductor element, it is possible to improve the sensitivity of the light receiving device if light that passes through the sealing member and enters the light receiving element is condensed in the direction of the light receiving element. It is. Specifically, a convex lens shape, a concave lens shape, an elliptical shape as viewed from the light emission observation surface, or a shape obtained by combining a plurality of them can be used.
(蛍光物質7)
本発明では、半導体素子として発光素子を使用した場合、該発光素子、封止部材、ダイボンド材、アンダーフィルおよびパッケージ等の各構成部材中および/またはその周辺に無機蛍光物質や有機蛍光物質のような種々の蛍光物質を配置させることができる。また、本実施の形態における蛍光物質は、封止部材の発光観測面側表面を被覆するように封止部材の外部に設けられる他、封止部材の発光観測面側表面および発光素子から離間させた位置に、蛍光体を含む層あるいはフィルターとして封止部材の内部に設けることもできる。このような蛍光物質の一例として、以下に述べる無機蛍光物質である希土類元素を含有する蛍光物質がある。
(Fluorescent substance 7)
In the present invention, when a light emitting element is used as a semiconductor element, an inorganic fluorescent substance or an organic fluorescent substance is present in and / or around each constituent member such as the light emitting element, sealing member, die bond material, underfill and package. Various fluorescent materials can be arranged. In addition, the fluorescent substance in the present embodiment is provided outside the sealing member so as to cover the light emission observation surface side surface of the sealing member, and is separated from the light emission observation surface side surface of the sealing member and the light emitting element. It is also possible to provide a layer containing a phosphor or a filter inside the sealing member at a certain position. As an example of such a fluorescent substance, there is a fluorescent substance containing a rare earth element which is an inorganic fluorescent substance described below.
希土類元素含有蛍光物質として、具体的には、Y、Lu,Sc、La,Gd、TbおよびSmの群から選択される少なくとも1つの元素と、Al、Ga、およびInの群から選択される少なくとも1つの元素とを有するガーネット(ざくろ石)型蛍光物質が挙げられる。特に、本実施の形態に用いられるアルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、AlとY、Lu、Sc、La、Gd、Tb、Eu、Ga、In及びSmから選択された少なくとも一つの元素とを含み、かつ希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、発光素子から出光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、以下に述べるイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体(YAG系蛍光体)の他、Tb2.95Ce0.05Al12、Y2.90Ce0.05Tb0.05Al12、Y2.94Ce0.05Pr0.01Al12、Y2.90Ce0.05Pr0.05Al12等が挙げられる。これらのうち、特に本実施の形態において、Yを含み、かつCeあるいはPrで付活され組成の異なる2種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体が利用される。 As the rare earth element-containing fluorescent material, specifically, at least one element selected from the group of Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb and Sm, and at least selected from the group of Al, Ga, and In A garnet (garnet) type phosphor having one element can be mentioned. In particular, the aluminum garnet phosphor used in the present embodiment includes Al and at least one element selected from Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, Ga, In, and Sm. And a phosphor activated by at least one element selected from rare earth elements, and is a phosphor that emits light when excited by visible light or ultraviolet light emitted from a light emitting element. For example, in addition to the yttrium aluminum oxide phosphor (YAG phosphor) described below, Tb 2.95 Ce 0.05 Al 5 O 12 , Y 2.90 Ce 0.05 Tb 0.05 Al 5 O 12 , Y 2.94 Ce 0.05 Pr 0.01 Al 5 O 12 , Y 2.90 Ce 0.05 Pr 0.05 Al 5 O 12, and the like. Among these, particularly in the present embodiment, two or more kinds of yttrium / aluminum oxide phosphors containing Y and activated by Ce or Pr and having different compositions are used.
また、本発明で使用される窒化物系蛍光体とは、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一つの元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体である。さらに、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から出光された可視光、紫外線、及びYAG系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。窒化物系蛍光体として、例えば、(Sr0.97Eu0.03Si、(Ca0.985Eu0.015Si、(Sr0.679Ca0.291Eu0.03Si、等が挙げられる。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明する。 In addition, the nitride-based phosphor used in the present invention includes at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn. , Ti, Zr, and Hf, and a phosphor activated with at least one element selected from rare earth elements. Furthermore, the nitride-based phosphor used in the present embodiment refers to a phosphor that emits light when excited by absorbing visible light, ultraviolet light, and light emitted from the YAG-based phosphor emitted from the light-emitting element. Examples of the nitride phosphor include (Sr 0.97 Eu 0.03 ) 2 Si 5 N 8 , (Ca 0.985 Eu 0.015 ) 2 Si 5 N 8 , (Sr 0.679 Ca 0.291). Eu 0.03 ) 2 Si 5 N 8 , and the like. Hereinafter, each phosphor will be described in detail.
(イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体)
本実施の形態の発光装置に用いた蛍光物質は、窒化物系半導体を活性層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて、異なる波長の光を発光できるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとしたものである。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、YAlO:Ce、YAl12:Ce(YAG:Ce)やYAl:Ce、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にBa、Sr、Mg、Ca、Znの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Siを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。本明細書において、Ceで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Lu、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をBa、Tl、Ga、Inの何れか又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光物質を含む広い意味に使用する。
(Yttrium aluminum oxide phosphor)
The phosphor used in the light-emitting device of the present embodiment is yttrium activated by cerium that is excited by light emitted from a semiconductor light-emitting element having a nitride-based semiconductor as an active layer and can emit light of different wavelengths.・ Based on aluminum oxide phosphors. Specific examples of the yttrium / aluminum oxide fluorescent material include YAlO 3 : Ce, Y 3 Al 5 O 12 : Ce (YAG: Ce), Y 4 Al 2 O 9 : Ce, and a mixture thereof. It is done. The yttrium / aluminum oxide phosphor may contain at least one of Ba, Sr, Mg, Ca, and Zn. Moreover, by containing Si, the reaction of crystal growth can be suppressed and the particles of the fluorescent material can be aligned. In this specification, the yttrium / aluminum oxide phosphor activated by Ce is to be interpreted in a broad sense, and a part or all of yttrium is selected from the group consisting of Lu, Sc, La, Gd and Sm. Or a part or the whole of aluminum is substituted with any one or both of Ba, Tl, Ga, and In, and is used in a broad sense including a fluorescent substance having a fluorescent action.
更に詳しくは、一般式(YGd1−zAl12:Ce(但し、0<z≦1)で示されるフォトルミネッセンス蛍光物質や一般式(Re1−aSmRe’12:Ce(但し、0≦a<1、0≦b≦1、Reは、Y、Gd、La、Scから選択される少なくとも一種、Re’は、Al、Ga、Inから選択される少なくとも一種である。)で示されるフォトルミネッセンス蛍光物質である。この蛍光物質は、ガーネット(ざくろ石型)構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを450nm付近にさせることができる。また、発光ピークも、580nm付近にあり700nmまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。 More specifically, the general formula (Y z Gd 1-z) 3 Al 5 O 12: Ce ( where, 0 <z ≦ 1) photoluminescent fluorescent substance or the general formula represented by (Re 1-a Sm a) 3 Re ' 5 O 12 : Ce (where 0 ≦ a <1, 0 ≦ b ≦ 1, Re is at least one selected from Y, Gd, La, and Sc, and Re ′ is selected from Al, Ga, and In. At least one kind of photoluminescent fluorescent material. Since this fluorescent material has a garnet (garnet-type) structure, it is resistant to heat, light and moisture, and the peak of the excitation spectrum can be made around 450 nm. In addition, the emission peak is in the vicinity of 580 nm and has a broad emission spectrum that extends to 700 nm.
またフォトルミネッセンス蛍光物質は、結晶中にGd(ガドリニウム)を含有することにより、460nm以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Gdの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Gdの置換量を多くすることで達成できる。一方、Gdが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてCeに加えTb、Cu、Ag、Au、Fe、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti、Eu、およびPr等を含有させることもできる。   Moreover, the photoluminescence fluorescent substance can increase the excitation light emission efficiency in a long wavelength region of 460 nm or more by containing Gd (gadolinium) in the crystal. As the Gd content increases, the emission peak wavelength shifts to a longer wavelength, and the entire emission wavelength also shifts to the longer wavelength side. That is, when a strong reddish emission color is required, it can be achieved by increasing the amount of Gd substitution. On the other hand, as Gd increases, the emission luminance of photoluminescence by blue light tends to decrease. Furthermore, in addition to Ce, Tb, Cu, Ag, Au, Fe, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti, Eu, Pr, and the like can be contained as desired.
また、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質の組成のうち、Alの一部をGaで置換すると、発光波長は短波長側にシフトすることができる。一方、組成のYの一部をGdで置換すると、発光波長が長波長側にシフトすることができる。Yの一部をGdで置換する場合、Gdへの置換を1割未満にし、且つCeの含有(置換)を0.03から1.0にすることが好ましい。Gdへの置換が2割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ceの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると蛍光物質自体の温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光物質を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能となり、演色性に優れた発光装置を形成することができる。   Further, when a part of Al in the composition of the yttrium / aluminum / garnet fluorescent material having a garnet structure is replaced with Ga, the emission wavelength can be shifted to the short wavelength side. On the other hand, when part of Y in the composition is replaced with Gd, the emission wavelength can be shifted to the longer wavelength side. When substituting a part of Y with Gd, it is preferable that the substitution with Gd is less than 10%, and the Ce content (substitution) is 0.03 to 1.0. If the substitution with Gd is less than 20%, the green component is large and the red component is small. However, by increasing the Ce content, the red component can be supplemented and a desired color tone can be obtained without lowering the luminance. With such a composition, the temperature characteristics of the fluorescent substance itself are good, and the reliability of the light emitting diode can be improved. In addition, when a photoluminescent fluorescent material adjusted so as to have a large amount of red component is used, it becomes possible to emit an intermediate color such as pink, and a light emitting device having excellent color rendering properties can be formed.
このようなフォトルミネッセンス蛍光物質は、Y、Gd、Al、及びCeの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、Ceの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。   Such a photoluminescent fluorescent material uses an oxide or a compound that easily becomes an oxide at a high temperature as a raw material for Y, Gd, Al, and Ce, and mixes them sufficiently in a stoichiometric ratio. Get. Alternatively, a mixed raw material obtained by mixing a coprecipitation oxide obtained by firing a solution obtained by coprecipitation of a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, and Ce in an acid in a stoichiometric ratio with oxalic acid and aluminum oxide. Get. An appropriate amount of fluoride such as barium fluoride or ammonium fluoride is mixed as a flux and packed in a crucible, and baked in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a baked product. Can be obtained by ball milling in water, washing, separating, drying and finally passing through a sieve.
また、上記焼成は、蛍光物質の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光物質を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光物質の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光物質の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光物質が得られる。従って、このように形成された蛍光物質にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光物質量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。   In addition, the firing includes a first firing step in which a mixture of a raw material and a flux mixed with a raw material of a fluorescent material is mixed in the atmosphere or in a weak reducing atmosphere, and a second firing step in which the mixture is performed in a reducing atmosphere. It is preferable to perform firing in two stages. Here, the weak reducing atmosphere refers to a weak reducing atmosphere set so as to include at least the amount of oxygen necessary in the reaction process of forming a desired fluorescent substance from the mixed raw material. By performing the first firing step until the formation of the fluorescent substance structure is completed, blackening of the fluorescent substance can be prevented and a decrease in light absorption efficiency can be prevented. In addition, the reducing atmosphere in the second firing step refers to a reducing atmosphere stronger than the weak reducing atmosphere. When firing in two stages in this way, a fluorescent material with high absorption efficiency at the excitation wavelength can be obtained. Therefore, when a light emitting device is formed using the fluorescent material thus formed, the amount of the fluorescent material necessary for obtaining a desired color tone can be reduced, and a light emitting device with high light extraction efficiency can be formed. Can do.
(シリコンナイトライド系蛍光物質)
また、発光素子から発光される可視光、紫外線、および他の蛍光物質からの可視光を吸収することによって励起され発光する蛍光物質を用いることもできる。具体的には、Mnが添加されたSr−Ca−Si−N:Eu、Ca−Si−N:Eu、Sr−Si−N:Eu、Sr−Ca−Si−O−N:Eu、Ca−Si−O−N:Eu、Sr−Si−O−N:Eu系シリコンナイトライド系蛍光物質を挙げることができる。この蛍光物質の基本構成元素は、一般式LSi(2X/3+4Y/3):Eu若しくはLSi(2X/3+4Y/3−2Z/3):Eu(Lは、Sr、Ca、SrとCaのいずれかである。)で表される。一般式中、X及びYは、X=2、Y=5又は、X=1、Y=7であることが好ましいが、任意のものも使用できる。
(Silicon nitride phosphor)
Alternatively, a fluorescent substance that is excited and emits light by absorbing visible light emitted from the light-emitting element, ultraviolet light, or visible light from another fluorescent substance can be used. Specifically, Sr—Ca—Si—N: Eu, Mn added, Ca—Si—N: Eu, Sr—Si—N: Eu, Sr—Ca—Si—O—N: Eu, Ca— Examples thereof include Si—O—N: Eu and Sr—Si—O—N: Eu silicon nitride phosphors. The basic constituent elements of this fluorescent substance are represented by the general formula L X Si Y N (2X / 3 + 4Y / 3) : Eu or L X Si Y O Z N (2X / 3 + 4Y / 3-2Z / 3) : Eu (L is Sr, Ca, or any one of Sr and Ca.) In the general formula, X and Y are preferably X = 2, Y = 5, or X = 1, Y = 7, but any can be used.
より具体的には、基本構成元素は、Mnが添加された(SrCa1−XSi:Eu、SrSi:Eu、CaSi:Eu、SrCa1−XSi10:Eu、SrSi10:Eu、CaSi10:Euで表される蛍光物質を使用することが好ましいが、この蛍光物質の組成中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。SrとCaは、所望により配合比を変えることができる。また、組成にSiを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光物質を提供することができる。 More specifically, the basic constituent elements, Mn is added (Sr X Ca 1-X) 2 Si 5 N 8: Eu, Sr 2 Si 5 N 8: Eu, Ca 2 Si 5 N 8: Eu, sr X Ca 1-X Si 7 N 10: Eu, SrSi 7 N 10: Eu, CaSi 7 N 10: it is preferable to use a fluorescent material represented by Eu, during composition of the phosphor, Mg , Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, and at least one selected from the group consisting of Ni and Ni may be contained. The mixing ratio of Sr and Ca can be changed as desired. In addition, by using Si for the composition, it is possible to provide an inexpensive fluorescent material with good crystallinity.
母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Eu2+を付活剤として用いる場合、EuからOを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Mnを添加した場合は、その限りではない。Mnを添加すると、Eu2+の拡散が促進され、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率が向上することができる。Mnは原料中に含有させるか、又は、製造工程中にMn単体若しくはMn化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Mnは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Mnが飛散したためであると思われる。 The alkali earth metal group silicon nitride as a base case of using Eu 2+ as an activator, O from Eu 2 O 3, it is preferable to use a material obtained by removing out of the system. For example, it is preferable to use europium alone or europium nitride. However, this is not the case when Mn is added. When Mn is added, diffusion of Eu 2+ is promoted, and light emission efficiency such as light emission luminance, energy efficiency, and quantum efficiency can be improved. Mn is contained in the raw material, or Mn alone or a Mn compound is contained in the manufacturing process and fired together with the raw material. However, Mn is not contained in the basic constituent elements after firing, or even if contained, only a small amount remains compared to the initial content. This is probably because Mn was scattered in the firing step.
また、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上を有していることにより、容易に大きな粒径を有する蛍光物質を形成できる他、発光輝度を高めたりすることができる。また、B、Al、Mg、Cr及びNiは、残光を抑えることができるという作用を有している。   In addition, having at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O and Ni has a large particle size easily. In addition to forming a fluorescent material, the luminance of emitted light can be increased. Further, B, Al, Mg, Cr and Ni have an effect that afterglow can be suppressed.
上記窒化物系蛍光物質は、青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。このような窒化物系蛍光物質と、黄色発光の蛍光物質、例えばYAG系蛍光物質と、青色の光を発光する発光素子とを組み合わせると、黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置が得られる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、色温度Tcp=4600K付近において特殊演色評価数R9を40付近まで高めることができる。   The nitride fluorescent material absorbs part of blue light and emits light in the yellow to red region. When such a nitride fluorescent material, a yellow light emitting fluorescent material, for example, a YAG fluorescent material, and a light emitting element that emits blue light are combined, yellow to red light is emitted into a warm white by mixing colors. A light emitting device is obtained. The light-emitting device that emits white mixed color light can increase the special color rendering index R9 to about 40 at a color temperature of about Tcp = 4600K.
次に、蛍光物質((SrCa1−XSi:Eu)の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光物質には、Mn、Oが含有されている。 Then, the fluorescent substance: While explaining the manufacturing method of ((Sr X Ca 1-X ) 2 Si 5 N 8 Eu), but is not limited to this manufacturing method. The fluorescent material contains Mn and O.
原料のSr、Caを粉砕する。原料のSr、Caは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Sr、Caには、B、Al、Cu、Mg、Mn、Alなどを含有するものでもよい。原料のSr、Caは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたSr、Caは、平均粒径が約0.1μmから15μmであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Sr、Caの純度は、2N以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ca、金属Sr、金属Euのうち少なくとも1以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。 Raw materials Sr and Ca are pulverized. The raw materials Sr and Ca are preferably used alone, but compounds such as imide compounds and amide compounds can also be used. The raw materials Sr and Ca may contain B, Al, Cu, Mg, Mn, Al 2 O 3 or the like. The raw materials Sr and Ca are pulverized in a glove box in an argon atmosphere. Sr and Ca obtained by pulverization preferably have an average particle diameter of about 0.1 μm to 15 μm, but are not limited to this range. The purity of Sr and Ca is preferably 2N or higher, but is not limited thereto. In order to improve the mixed state, at least one of the metal Ca, the metal Sr, and the metal Eu can be alloyed, nitrided, pulverized, and used as a raw material.
原料のSiを粉砕する。原料のSiは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Si、Si(NH、MgSiなどである。原料のSiの純度は、3N以上のものが好ましいが、Al、Mg、金属ホウ化物(CoB、NiB、CrB)、酸化マンガン、HBO、B、CuO、CuOなどの化合物が含有されていてもよい。Siも、原料のSr、Caと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Si化合物の平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。 The raw material Si is pulverized. The raw material Si is preferably a simple substance, but a nitride compound, an imide compound, an amide compound, or the like can also be used. For example, Si 3 N 4 , Si (NH 2 ) 2 , Mg 2 Si, or the like. The purity of the raw material Si is preferably 3N or more, but Al 2 O 3 , Mg, metal borides (Co 3 B, Ni 3 B, CrB), manganese oxide, H 3 BO 3 , B 2 O 3 , Compounds such as Cu 2 O and CuO may be contained. Si is also pulverized in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere in the same manner as the raw materials Sr and Ca. The average particle size of the Si compound is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
次に、原料のSr、Caを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式1および式2にそれぞれ示す。   Next, the raw materials Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following formula 1 and formula 2, respectively.
3Sr + N → Sr ・・・(式1)
3Ca + N → Ca ・・・(式2)
Sr、Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5時間、窒化する。Sr、Caは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Sr、Caの窒化物を得ることができる。Sr、Caの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
3Sr + N 2 → Sr 3 N 2 (Formula 1)
3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 (Formula 2)
Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere at 600 to 900 ° C. for about 5 hours. Sr and Ca may be mixed and nitrided, or may be individually nitrided. Thereby, a nitride of Sr and Ca can be obtained. Sr and Ca nitrides are preferably of high purity, but commercially available ones can also be used.
次に、原料のSiを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式3に示す。   Next, the raw material Si is nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following formula 3.
3Si + 2N → Si ・・・(式3)
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約5時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 (Formula 3)
Silicon Si is also nitrided in a nitrogen atmosphere at 800 to 1200 ° C. for about 5 hours. Thereby, silicon nitride is obtained. The silicon nitride used in the present invention is preferably highly pure, but commercially available ones can also be used.
Sr、Ca若しくはSr−Caの窒化物を粉砕する。Sr、Ca、Sr−Caの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
同様に、Siの窒化物を粉砕する。また、同様に、Euの化合物Euを粉砕する。Euの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、Nの原料は、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。
Sr, Ca or Sr—Ca nitride is pulverized. Sr, Ca, and Sr—Ca nitrides are pulverized in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.
Similarly, Si nitride is pulverized. Similarly, the Eu compound Eu 2 O 3 is pulverized. Europium oxide is used as the Eu compound, but metal europium, europium nitride, and the like can also be used. In addition, an imide compound or an amide compound can also be used as the N raw material. Europium oxide is preferably highly purified, but commercially available products can also be used. The average particle size of the alkaline earth metal nitride, silicon nitride and europium oxide after pulverization is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
上記原料中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。また、Mg、Zn、B等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの元素は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、HBO、Cu、MgCl、MgO・CaO、Al、金属ホウ化物(CrB、Mg、AlB、MnB)、B、CuO、CuOなどがある。 The raw material may contain at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O, and Ni. In addition, the above elements such as Mg, Zn, and B can be mixed by adjusting the blending amount in the following mixing step. These elements can be added alone to the raw material, but are usually added in the form of a compound. Such compounds include H 3 BO 3 , Cu 2 O 3 , MgCl 2 , MgO · CaO, Al 2 O 3 , metal borides (CrB, Mg 3 B 2 , AlB 2 , MnB), B 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, and the like.
上記粉砕を行った後、Sr、Ca、Sr−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Euを混合し、Mnを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ar雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。 After the pulverization, Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, and Eu compound Eu 2 O 3 are mixed, and Mn is added. Since these mixtures are easily oxidized, they are mixed in a glove box in an Ar atmosphere or a nitrogen atmosphere.
最後に、Sr、Ca、Sr−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Euの混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Mnが添加された(SrCa1−XSi:Euで表される蛍光物質を得ることができる。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光物質の組成を変更することができる。 Finally, a mixture of Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, and Eu compound Eu 2 O 3 is fired in an ammonia atmosphere. By the firing, a fluorescent material represented by (Sr X Ca 1-X ) 2 Si 5 N 8 : Eu to which Mn is added can be obtained. However, the composition of the target fluorescent substance can be changed by changing the blending ratio of each raw material.
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、1200から1700℃の範囲で焼成を行うことができるが、1400から1700℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い1200から1500℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、800から1000℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して1200から1500℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成(多段階焼成)を使用することもできる。蛍光物質の原料は、窒化ホウ素(BN)材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ(Al)材質のるつぼを使用することもできる。 For firing, a tubular furnace, a small furnace, a high-frequency furnace, a metal furnace, or the like can be used. The firing temperature can be in the range of 1200 to 1700 ° C, but the firing temperature is preferably 1400 to 1700 ° C. It is preferable to use a one-step baking in which the temperature is gradually raised and the baking is performed at 1200 to 1500 ° C. for several hours, but the first baking is performed at 800 to 1000 ° C. and the heating is gradually started from 1200. Two-stage firing (multi-stage firing) in which the second stage firing is performed at 1500 ° C. can also be used. The raw material of the fluorescent material is preferably fired using a crucible or boat made of boron nitride (BN). Besides the crucible made of boron nitride, a crucible made of alumina (Al 2 O 3 ) can also be used.
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光物質を得ることが可能である。   By using the above manufacturing method, it is possible to obtain a target fluorescent substance.
また、本実施の形態に用いることが可能な赤味を帯びた光を発光する蛍光物質は特に限定されず、例えば、YS:Eu、LaS:Eu、CaS:Eu、SrS:Eu、ZnS:Mn、ZnCdS:Ag,Al、ZnCdS:Cu,Al等が挙げられる。 The fluorescent substance emits light reddish that can be used in the present embodiment is not particularly limited, for example, Y 2 O 2 S: Eu , La 2 O 2 S: Eu, CaS: Eu SrS: Eu, ZnS: Mn, ZnCdS: Ag, Al, ZnCdS: Cu, Al and the like.
以上のようにして形成されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の周辺において一層からなる蛍光体層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる蛍光体層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。蛍光体層の形成は、透光性樹脂やガラス等の透光性無機部材を結着剤としてポッティングや孔版印刷等により行う。また、半導体発光素子が支持体に固定された後形成する方法、半導体ウエハー状態で形成した後チップ化する方法、あるいはこれらの方法を併用する方法が採られる。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、YAG蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がYAG系蛍光体より発光素子に近い位置に配置されるようにすることが好ましい。このように構成することによって、YAG蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、YAG系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、混色光の演色性を更に向上させることができる。   The phosphors capable of emitting red light typified by aluminum garnet phosphors and nitride phosphors formed as described above are formed in a single phosphor layer around the light emitting element. Two or more types may be present, or one type or two or more types may be present in the phosphor layer composed of two layers. The phosphor layer is formed by potting or stencil printing using a translucent inorganic member such as translucent resin or glass as a binder. Further, a method of forming after the semiconductor light emitting element is fixed to the support, a method of forming the semiconductor light emitting device after forming it in a semiconductor wafer state, or a method of using these methods in combination is employed. With such a configuration, it is possible to obtain mixed color light by mixing light from different types of phosphors. In this case, it is preferable that the average particle diameters and shapes of the phosphors are similar in order to better mix the light emitted from the phosphors and reduce color unevenness. In addition, the nitride-based phosphor is disposed at a position closer to the light-emitting element than the YAG-based phosphor in consideration of absorbing part of the light whose wavelength has been converted by the YAG-based phosphor. It is preferable to do so. With this configuration, a part of the light wavelength-converted by the YAG phosphor is not absorbed by the nitride phosphor, and the YAG phosphor and the nitride phosphor are mixed. Compared with the case where it is contained, the color rendering properties of mixed color light can be further improved.
(アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト系蛍光物質)
また、少なくともMg、Ca、Ba、Sr、Znから選択される1種を含むMで代表される元素と、少なくともMn、Fe、Cr、Snから選択される1種を含むM'で代表される元素とを有するEuで附活されたアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光物質を用いることができ、白色系の混色光を高輝度に発光可能な発光装置が量産性良く得られる。特に、少なくともMn及び/又はClを含むEuで附活されたアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光物質は、耐光性や、耐環境性に優れている。また、窒化物半導体から放出された発光スペクトルを効率よく吸収することができる。さらに、白色領域を発光可能であると共に組成によってその領域を調整することができる。また、長波長の紫外領域を吸収して黄色や赤色を高輝度に発光可能である。そのため、演色性に優れた発光装置とすることができる。なお、アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光物質例としてアルカリ土類金属クロルアパタイト蛍光物質が含まれることは言うまでもない。前記アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光物質において、一般式が(M1−x−yEuM'10(POなどで表される場合(ただし、MはMg、Ca、Ba、Sr、Znから選択される少なくとも1種、M'はMn、Fe、Cr、Snから選択される少なくとも1種、Qはハロゲン元素のF、Cl、Br、およびIから選択される少なくとも1種、である。0.0001≦x≦0.5、0.0001≦y≦0.5である。)、量産性よく混色光が発光可能な発光装置が得られる。
(Alkaline earth metal halogen apatite fluorescent substance)
In addition, an element represented by M including at least one selected from Mg, Ca, Ba, Sr, and Zn, and an M ′ including at least one selected from Mn, Fe, Cr, and Sn are represented. An alkaline earth metal halogen apatite fluorescent material activated by Eu having an element can be used, and a light emitting device capable of emitting white mixed light with high luminance can be obtained with high productivity. In particular, an alkaline earth metal halogen apatite fluorescent material activated with Eu containing at least Mn and / or Cl is excellent in light resistance and environmental resistance. In addition, the emission spectrum emitted from the nitride semiconductor can be efficiently absorbed. Further, the white region can emit light, and the region can be adjusted by the composition. Further, it can emit yellow and red light with high brightness by absorbing the ultraviolet region of a long wavelength. Therefore, a light emitting device with excellent color rendering can be obtained. Needless to say, alkaline earth metal chloroapatite fluorescent materials are included as examples of alkaline earth metal halogen apatite fluorescent materials. In the alkaline earth metal halogen apatite fluorescent material, when the general formula is represented by (M 1-xy Eu x M ′ y ) 10 (PO 4 ) 6 Q 2 (where M is Mg, Ca, At least one selected from Ba, Sr, Zn, M ′ is at least one selected from Mn, Fe, Cr, Sn, Q is at least one selected from halogen elements F, Cl, Br, and I 0.0001 ≦ x ≦ 0.5 and 0.0001 ≦ y ≦ 0.5), and a light emitting device capable of emitting mixed color light with high productivity is obtained.
また、前記アルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光物質に加えて、BaMgAl1627:Eu、(Sr,Ca,Ba)(POCl:Eu、SrAl:Eu、ZnS:Cu、ZnGeO:Mn、BaMgAl1627:Eu,Mn、ZnGeO:Mn、YS:Eu、LaS:Eu、GdS:Euから選択される少なくとも1種の蛍光物質を含有させると、より詳細な色調を調整可能であると共に比較的簡単な構成で演色性の高い白色光を得ることができる。さらに、上述の蛍光物質は所望に応じてEuに加えTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti、およびPr等を含有させることもできる。 In addition to the alkaline earth metal halogen apatite fluorescent material, BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, (Sr, Ca, Ba) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu, SrAl 2 O 4 : Eu, ZnS: Cu, Zn 2 GeO 4 : Mn, BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, Mn, Zn 2 GeO 4 : Mn, Y 2 O 2 S: Eu, La 2 O 2 S: Eu, Gd 2 O 2 S: Eu When at least one fluorescent material selected from the above is included, more detailed color tone can be adjusted, and white light with high color rendering can be obtained with a relatively simple configuration. Furthermore, the above-mentioned fluorescent substance can contain Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti, Pr, etc. in addition to Eu as desired.
また、本発明で用いられる蛍光物質の粒径は1μm〜100μmの範囲が好ましく、より好ましくは10μm〜50μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは15μm〜30μmである。15μmより小さい粒径を有する蛍光物質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう。本発明では、このような蛍光物質を有しない蛍光物質を用いることにより蛍光物質による光の隠蔽を抑制し発光装置の出力を向上させる。また本発明の粒径範囲である蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。このように、光学的に優れた特徴を有する大粒径蛍光物質を含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも良好に変換し発光することができ、発光装置の量産性が向上される。   The particle size of the fluorescent material used in the present invention is preferably in the range of 1 μm to 100 μm, more preferably in the range of 10 μm to 50 μm, and even more preferably in the range of 15 μm to 30 μm. A fluorescent material having a particle size of less than 15 μm is relatively easy to form an aggregate, and is densely settled in a liquid resin, thus reducing the light transmission efficiency. In the present invention, by using such a fluorescent material that does not have a fluorescent material, concealment of light by the fluorescent material is suppressed and the output of the light emitting device is improved. In addition, the fluorescent material having a particle size range of the present invention has high light absorption and conversion efficiency and a wide excitation wavelength range. Thus, by including a large particle size fluorescent material having optically excellent characteristics, light around the dominant wavelength of the light emitting element can be converted and emitted well, and the mass productivity of the light emitting device is improved. Is done.
ここで本発明において、粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値である。前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、気温25℃、湿度70%の環境下において、濃度が0.05%であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置(SALD−2000A;島津(株)製)により、粒径範囲0.03μm〜700μmにて測定し得られたものである。本明細書において、この体積基準粒度分布曲線において積算値が50%のときの粒径値を中心粒径といい、本発明で用いられる蛍光物質の中心粒径は15μm〜50μmの範囲であることが好ましい。また、この中心粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は20%〜50%が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより色ムラが抑制され良好な色調を有する発光装置が得られる。また、蛍光物質は、本発明で用いられる拡散剤と類似の形状を有することが好ましい。本明細書において、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度(円形度=粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ/粒子の投影の周囲長さ)の値の差が20%未満の場合をいう。これにより、拡散剤による光の拡散と励起された蛍光物質からの光が、理想的な状態で混ざり合い、より均一な発光が得られる。   Here, in the present invention, the particle size is a value obtained from a volume-based particle size distribution curve. The volume-based particle size distribution curve is obtained by measuring the particle size distribution by a laser diffraction / scattering method. Specifically, in an environment of an air temperature of 25 ° C. and a humidity of 70%, hexametalin having a concentration of 0.05%. Each substance was dispersed in an aqueous sodium acid solution and measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000A; manufactured by Shimadzu Corporation) in a particle size range of 0.03 μm to 700 μm. In the present specification, the particle size value when the integrated value is 50% in this volume-based particle size distribution curve is referred to as the center particle size, and the center particle size of the fluorescent material used in the present invention is in the range of 15 μm to 50 μm. Is preferred. Moreover, it is preferable that the fluorescent substance which has this center particle size value is contained frequently, and the frequency value is preferably 20% to 50%. In this way, by using a fluorescent material with small variation in particle size, a light emitting device having a favorable color tone with suppressed color unevenness can be obtained. The fluorescent material preferably has a shape similar to that of the diffusing agent used in the present invention. In the present specification, the similar shape means a circularity representing the degree of approximation of each particle size with a perfect circle (circularity = perimeter length of a perfect circle equal to the projected area of the particle / perimeter length of the projected particle). The difference between the values is less than 20%. Thereby, the diffusion of light by the diffusing agent and the light from the excited fluorescent substance are mixed in an ideal state, and more uniform light emission is obtained.
[工程5:発光装置毎に分離]
次に、リードフレームから各リード電極への接続部分を切断して個々の発光装置に分離する。なお、パッケージ外壁に設けられた側面凹部9にてパッケージを支持するハンガーリードを利用することもできる。このとき、以下に述べるフォーミングを行った後、ハンガーリードによる支持を取り除き図3(a)あるいは図6に示されるようなパッケージ1とする。ハンガーリードを利用することにより、フォーミング工程が各一対のリード電極に対してまとめて行えるため、半導体装置の形成工程数を減らし作業性を向上させることができる。
[Step 5: Separate for each light emitting device]
Next, the connection portion from the lead frame to each lead electrode is cut and separated into individual light emitting devices. It is also possible to use a hanger lead that supports the package by the side recess 9 provided on the outer wall of the package. At this time, after forming described below, the support by the hanger lead is removed to obtain a package 1 as shown in FIG. By using the hanger leads, the forming process can be performed for each pair of lead electrodes, so that the number of semiconductor device formation processes can be reduced and the workability can be improved.
[工程6:リード電極2のフォーミング]
次に、パッケージ1の端面から突出した正負両リード電極を、パッケージ1の側面にそって折り曲げ、J−ベンド(Bend)型の接続端子部を形成する。ここで、リード電極2の接続端子部とは、リード電極のうち実装基板の導電性パターンと接触し、電気的に接続することができる部分をいう。
[Step 6: Forming of lead electrode 2]
Next, the positive and negative lead electrodes protruding from the end face of the package 1 are bent along the side face of the package 1 to form a J-bend type connection terminal portion. Here, the connection terminal portion of the lead electrode 2 refers to a portion of the lead electrode that can contact and be electrically connected to the conductive pattern of the mounting substrate.
本実施の形態において、正のリード電極と負のリード電極がパッケージ主面の短軸側端面から突出している場合、突出部はパッケージの主面に対向する裏面側に向かって折り曲げる(例えば、図1(a))ことが好ましく、これにより発光面側に実装ハンダ等が悪影響を及ぼすことなく発光装置を配線基板に実装することができる。また、正負一対のリード電極2はパッケージ1主面の長軸側端面から突出するように挿入されており、リード電極2の突出部を発光面と垂直を成す面に向かって折り曲げる(例えば、図4(a))と、リード電極の接続端子部と実装基板に設けた導電性パターンとの接触面積を大きくして電気的接続を確実にすることができ、実装精度を高めることができる。また、発光装置を実装基板に仮実装しリフロー工程を施す際に、発光装置が仮実装面から立ち上がってしまうことを防止することもできる。このようにリード電極を折り曲げ接続端子部を形成する場合、成形部材の実装面側の壁面とリード電極の露出面とは略同一面上に位置していることが好ましい。発光装置を実装基板に対し安定に実装できるからである。尚、本発明の接続端子部の構造は、J−ベンド(Bend)型に限られるものではなく、ガルウィング型等の他の構造であってもよい。本実施の形態において、パッケージの側面のうちリード電極が突出している側面周辺は、図3および図6に示されるように予め所定の角度を付けてテーパー形状に成型されることが好ましい。これにより、リード電極2の弾性の影響を加味して該側面ぎりぎりまでリード電極2を折り曲げることにより、発光装置の安定な実装を考慮した所望の位置にリード電極2の接続端子部を配置させることが容易にできる。   In the present embodiment, when the positive lead electrode and the negative lead electrode protrude from the end surface on the short axis side of the package main surface, the protruding portion is bent toward the back surface facing the main surface of the package (for example, FIG. 1 (a)) is preferable, and this allows the light emitting device to be mounted on the wiring board without adversely affecting mounting solder or the like on the light emitting surface side. The pair of positive and negative lead electrodes 2 are inserted so as to protrude from the end surface on the major axis side of the main surface of the package 1, and the protruding portion of the lead electrode 2 is bent toward a surface perpendicular to the light emitting surface (for example, FIG. 4 (a)) and the contact area between the connecting terminal portion of the lead electrode and the conductive pattern provided on the mounting substrate can be increased to ensure electrical connection, and the mounting accuracy can be increased. In addition, when the light emitting device is temporarily mounted on the mounting substrate and the reflow process is performed, the light emitting device can be prevented from rising from the temporary mounting surface. In this way, when the lead electrode is bent to form the connection terminal portion, it is preferable that the wall surface on the mounting surface side of the molded member and the exposed surface of the lead electrode are located on substantially the same plane. This is because the light emitting device can be stably mounted on the mounting substrate. Note that the structure of the connection terminal portion of the present invention is not limited to the J-bend type, and may be another structure such as a gull wing type. In the present embodiment, it is preferable that the periphery of the side surface of the package where the lead electrode protrudes is molded into a tapered shape with a predetermined angle as shown in FIGS. Accordingly, the connection terminal portion of the lead electrode 2 is arranged at a desired position in consideration of stable mounting of the light emitting device by bending the lead electrode 2 to the very side with the influence of elasticity of the lead electrode 2 taken into consideration. Can be easily done.
以上のような工程で本実施の形態の発光装置は作製される。さらに、以上のようにして作成される実施の形態の発光装置を、基板上に外部電極が配線されてなる配線基板上に所定間隔を設けて配列し電気的導通をとる。配線基板の基板部材は、熱伝導性に優れていることが好ましく、アルミベース基板、セラミクスベース基板等を用いることができる。また、熱伝導性の悪い、ガラスエポキシ基板や紙フェノール基板上を用いる場合は、サーマルパッド、サーマルビア等の放熱対策を施すと好ましい。また、発光ダイオードと配線基板は、半田等の導電性部材にて導通を取ることができる。放熱性を考慮すると、銀ペーストを用いることが好ましい。   Through the above process, the light-emitting device of this embodiment is manufactured. Furthermore, the light emitting device according to the embodiment produced as described above is arranged at a predetermined interval on a wiring board in which external electrodes are wired on the board, and is electrically connected. The substrate member of the wiring substrate is preferably excellent in thermal conductivity, and an aluminum base substrate, a ceramic base substrate, or the like can be used. In addition, when using a glass epoxy substrate or paper phenol substrate with poor thermal conductivity, it is preferable to take heat dissipation measures such as a thermal pad and a thermal via. Further, the light emitting diode and the wiring board can be electrically connected by a conductive member such as solder. In consideration of heat dissipation, it is preferable to use a silver paste.
(透光性部材)
本願発明の半導体装置は、レンズや導光板等、剛性の透光性樹脂やガラスからなる透光性部材の光入射部の形状と精度良く嵌合する形状を発光面側あるいは入光側に設けることができる。ここで、本明細書中において、「光入出部」とは、半導体装置からの光あるいは半導体装置への光を所望の方向へ導く透光性部材に対し設けられるものであり、半導体装置からの光が入射する部分(特に「光入射部」と呼ぶことがある。)あるいは半導体装置への光が出射する部分(特に「光出射部」と呼ぶことがある。)である。
(Translucent member)
The semiconductor device of the present invention is provided with a light-emitting surface side or a light-incident side that accurately fits the shape of the light incident part of a light-transmitting member made of a rigid light-transmitting resin or glass such as a lens or a light guide plate. be able to. Here, in this specification, the “light entrance / exit part” is provided for a translucent member that guides light from the semiconductor device or light to the semiconductor device in a desired direction. A portion where light is incident (particularly referred to as “light incident portion”) or a portion where light is emitted to the semiconductor device (particularly referred to as “light exit portion”).
本実施の形態における透光性部材とは、光の反射や屈折を利用して、部材内に入射された発光装置からの光を所定の方向に導き、所定の配光性を持たせて部材外部へ出射させる部材である。また、別の実施の形態における透光性部材とは、部材に入射する受光装置外部からの光を受光素子の方向に集光させるものである。   The translucent member in the present embodiment is a member that uses light reflection or refraction to guide light from a light emitting device incident in the member in a predetermined direction and to have a predetermined light distribution. A member that emits light to the outside. Moreover, the translucent member in another embodiment condenses the light from the outside of the light receiving device incident on the member in the direction of the light receiving element.
特に、本形態において、発光装置に使用される透光性部材は、発光装置からの光をそれぞれ個別に導入する光入射部を有している。光入射部の内壁は、本実施の形態にかかる発光装置の第一の主面と接する第一の装着面と、第二の主面と接する第二の装着面を少なくとも有している。また、光入射部には、発光装置主面に設けた切り欠き部13と嵌合可能な形状を設けることができる。   In particular, in this embodiment, the translucent member used in the light emitting device has a light incident part that individually introduces light from the light emitting device. The inner wall of the light incident part has at least a first mounting surface in contact with the first main surface of the light emitting device according to the present embodiment and a second mounting surface in contact with the second main surface. Further, the light incident portion can be provided with a shape that can be fitted to the notch 13 provided on the main surface of the light emitting device.
このように、本願発明は、常にほぼ一定形状となり得る成形部材を有し、該成型部材に他の透光性部材との位置決め可能な形状を設けることにより、歩留まり良く所望の光学特性を有する光源を形成することができる。   As described above, the present invention has a molded member that can always have a substantially constant shape, and by providing the molded member with a shape that can be positioned with another translucent member, the light source has a desired optical characteristic with a high yield. Can be formed.
(面状光源)
導光板と発光装置からなる光源は、導光板の側面に設けられた光入射部から入射された光を他の側面から出射させる面状光源とすることができる。
(Surface light source)
The light source including the light guide plate and the light emitting device can be a planar light source that emits light incident from the light incident portion provided on the side surface of the light guide plate from the other side surface.
本実施の形態における導光板とは、部材内壁における光の反射を利用して、部材内に入射された発光装置からの光を所定の方向に導き、所定の面から部材外部へ出射させる板状の透光性部材である。特に、本実施の形態における導光板とは、例えば液晶用バックライト等の面状光源として利用できる光出射面を有する板状の導光体をいう。   The light guide plate in the present embodiment is a plate-like shape that guides light from a light emitting device incident on a member in a predetermined direction and emits the light from a predetermined surface to the outside of the member by utilizing reflection of light on the inner wall of the member. It is a translucent member. In particular, the light guide plate in the present embodiment refers to a plate-like light guide having a light exit surface that can be used as a planar light source such as a liquid crystal backlight.
導光板の材料は、光透過性、成形性に優れていることが好ましく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非結晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂等の有機部材や、ガラス等の無機部材を用いることができる。また、導光板の表面は、透過率・全反射光率を向上させるため、面精度Raが25μm(JIS規格参照)以下が望ましい。   The material of the light guide plate is preferably excellent in light transmittance and moldability, and organic members such as acrylic resin, polycarbonate resin, amorphous polyolefin resin, and polystyrene resin, and inorganic members such as glass can be used. . The surface of the light guide plate preferably has a surface accuracy Ra of 25 μm (see JIS standard) or less in order to improve the transmittance and the total reflected light rate.
このような導光板は、光入射部に設けられた装着面と発光装置の主面とが対向するように装着される。導光板の装着方法は、ねじ止め、接着、溶着等、位置決めが容易で 接合強度が確実に得られる方法を用いることができ、仕様や要求に応じて選定することができる。本実施例の形態では、パッケージの第二の主面と導光板の端面とを接着剤にて固着する。また、本願発明の面状発光光源は、上方に拡散シートを設けることができる。このように本願発明の面状発光光源は、上方に配置された拡散シート等の他の部材を照射する直下型バックライト光源として利用することもできる。拡散シートの選定は、導光板の膜厚、性能を左右する。そのため、仕様・要求に応じてその都度、検証を行い選定することが好ましい。本実施例では、耐熱性に優れたポリカーボネート製で膜厚が20mmの導光板に対し、ヘーズ値88%〜90%(JIS規格参照)で膜厚100μm程度の拡散シートを使用する。これにより、各光源のドット間がより緩和され、均一な発光が得られる。このような拡散シートは、導光板に直接接着または溶着等により装着することが可能である。また上方にカバーレンズを設ける場合、該カバーレンズと導光板の間に挟み込むことにより固定することもできる。拡散シートと導光板との距離は、0mm〜10mmが好ましく、これらの界面は密着していることが最も好ましい。拡散シートの材質は、主にPETが用いられるが、発光ダイオードの発熱に対して変形や変質しない材料であれば特に限定されない。   Such a light guide plate is mounted such that the mounting surface provided in the light incident portion faces the main surface of the light emitting device. The light guide plate mounting method can be selected according to the specifications and requirements, such as screwing, bonding, welding, etc., which can be easily positioned and can ensure the bonding strength. In the embodiment, the second main surface of the package and the end surface of the light guide plate are fixed with an adhesive. Further, the planar light source of the present invention can be provided with a diffusion sheet on the upper side. Thus, the planar light source of the present invention can also be used as a direct backlight light source that irradiates other members such as a diffusion sheet disposed above. The selection of the diffusion sheet affects the film thickness and performance of the light guide plate. Therefore, it is preferable to verify and select each time according to specifications and requirements. In this example, a diffusion sheet having a haze value of 88% to 90% (see JIS standard) and a film thickness of about 100 μm is used for a light guide plate made of polycarbonate having excellent heat resistance and a film thickness of 20 mm. Thereby, the space | interval of the dot of each light source is relaxed, and uniform light emission is obtained. Such a diffusion sheet can be attached to the light guide plate directly by adhesion or welding. When a cover lens is provided above, it can be fixed by being sandwiched between the cover lens and the light guide plate. The distance between the diffusion sheet and the light guide plate is preferably 0 mm to 10 mm, and most preferably these interfaces are in close contact. The material of the diffusion sheet is mainly PET, but is not particularly limited as long as it is a material that does not deform or deteriorate due to the heat generated by the light emitting diode.
このようにして得られらた面状発光光源は、発光面一面において均一性で且つ高輝度な発光が得ることができる。以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。   The planar light source obtained in this way can obtain uniform and high-luminance light emission over the entire light emitting surface. Examples according to the present invention will be described in detail below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
図1は、本実施例にかかる表面実装(SMD)型の発光装置を示す。発光素子4は、活性層として単色性発光ピークが可視光である475nmのIn0.2Ga0.8N半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より詳細に説明すると、発光素子4であるLEDチップは、洗浄させたサファイア基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、TMI(トリメチルインジウム)ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、MOCVD法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてSiHとCpMgを切り替えることによってn型窒化物半導体やp型窒化物半導体となる層を形成させる。 FIG. 1 shows a surface mount (SMD) type light emitting device according to this example. The light-emitting element 4 uses a nitride semiconductor element having a 475 nm In 0.2 Ga 0.8 N semiconductor having a monochromatic emission peak of visible light as an active layer. More specifically, the LED chip as the light-emitting element 4 is obtained by flowing TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and dopant gas together with a carrier gas onto a cleaned sapphire substrate by MOCVD. It can be formed by depositing a nitride semiconductor. A layer to be an n-type nitride semiconductor or a p-type nitride semiconductor is formed by switching between SiH 4 and Cp 2 Mg as the dopant gas.
図8は、本実施例におけるLEDチップの平面図を示し、図9は、図8の破線AA‘における断面図を示す。本実施例のLEDチップの素子構造としてはサファイア基板14上に、アンドープの窒化物半導体であるGaN層、Siドープのn型電極が形成されたn型コンタクト層16となるn型GaN層、アンドープの窒化物半導体であるGaN層、次に、バリア層となるGaN層、井戸層となるInGaN層を1セットとして5セット積層して最後にバリア層となるGaN層を積層して活性層17を構成し多重量子井戸構造としてある。活性層17上にはMgがドープされたp型クラッド層18としてAlGaN層、Mgがドープされたp型コンタクト層19であるp型GaN層を順次積層させた構成としてある。(なお、サファイア基板14上には低温でGaN層を形成させバッファ層15とさせてある。また、p型半導体は、成膜後400℃以上でアニールさせてある。)
エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、p型コンタクト層19およびn型コンタクト層16の各表面を露出させる。次に、p型コンタクト層上にRh、Zrを材料とするスパッタリングを行い、図8に示されるようなパターンを有する拡散電極20を設ける。拡散電極20は、p側台座電極21が形成される位置からLEDチップの外縁方向に延伸するストライブと、該ストライプの途中で枝分かれしLEDチップの外縁方向に延伸するストライプと、によってなる。より詳細に説明すると、本実施例における拡散電極20は、p側台座電極21の形成位置近傍において互いに隣接しLEDチップの外縁を形成する二辺に対し、それぞれほぼ平行に該形成位置から延伸する二対のストライプと、LEDチップの対角線方向(AA‘方向)に沿うように上記形成位置から延伸する部分と、該延伸する部分の途中で枝分かれして上記二辺に対しほぼ平行となる方向に延伸する部分とを有するストライプと、によってなる。このような拡散電極20とすることにより、拡散電極20を流れる電流がp型コンタクト層19上の広範囲に広がるようにし、LEDチップの発光効率を向上させることができる。
FIG. 8 shows a plan view of the LED chip in the present embodiment, and FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. As the element structure of the LED chip of this embodiment, a GaN layer that is an undoped nitride semiconductor, an n-type GaN layer that becomes an n-type contact layer 16 on which an Si-doped n-type electrode is formed, and an undoped structure. The active layer 17 is formed by laminating five sets of GaN layers, which are nitride semiconductors, and then GaN layers to be barrier layers and InGaN layers to be well layers, and finally GaN layers to be barrier layers. It has a multi-quantum well structure. An AlGaN layer and a p-type GaN layer which is a p-type contact layer 19 doped with Mg are sequentially laminated on the active layer 17 as a p-type cladding layer 18 doped with Mg. (Note that a GaN layer is formed on the sapphire substrate 14 at a low temperature to serve as the buffer layer 15. Also, the p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.)
Etching exposes the surfaces of p-type contact layer 19 and n-type contact layer 16 on the same side as the nitride semiconductor on the sapphire substrate. Next, sputtering using Rh and Zr as materials is performed on the p-type contact layer to provide a diffusion electrode 20 having a pattern as shown in FIG. The diffusion electrode 20 includes a stripe that extends in the direction of the outer edge of the LED chip from the position where the p-side pedestal electrode 21 is formed, and a stripe that branches in the middle of the stripe and extends in the direction of the outer edge of the LED chip. More specifically, the diffusion electrode 20 in the present embodiment extends from the formation position substantially parallel to two sides adjacent to each other in the vicinity of the formation position of the p-side pedestal electrode 21 and forming the outer edge of the LED chip. Two pairs of stripes, a portion extending from the formation position so as to follow the diagonal direction (AA ′ direction) of the LED chip, and a direction branching in the middle of the extending portion and being substantially parallel to the two sides And a stripe having a portion to be stretched. By setting it as such a diffusion electrode 20, the electric current which flows through the diffusion electrode 20 can be spread over a wide range on the p-type contact layer 19, and the luminous efficiency of an LED chip can be improved.
さらに、W、Pt、Auを材料とするスパッタリングを行い、拡散電極20およびn型コンタクト層16の一部に対し、それぞれW/Pt/Auの順に積層させp側台座電極21とn側台座電極22を同時に形成させる。ここで、p側台座電極21とn側台座電極22を同時に形成させることで、電極を形成するための工程数を減らすことができる。   Further, sputtering using W, Pt, and Au as materials is performed, and a part of the diffusion electrode 20 and the n-type contact layer 16 are stacked in the order of W / Pt / Au, respectively, and the p-side pedestal electrode 21 and the n-side pedestal electrode are stacked. 22 are formed simultaneously. Here, by forming the p-side pedestal electrode 21 and the n-side pedestal electrode 22 at the same time, the number of steps for forming the electrodes can be reduced.
なお、拡散電極20の代わりとして、p型窒化物半導体上の全面にITO(インジウム(In)とスズ(Sn)の複合酸化物)や、Ni/Au等の金属薄膜を透光性電極として形成させた後、該透光性電極上の一部にp側台座電極21を形成しても構わない。   Instead of the diffusion electrode 20, a metal thin film such as ITO (complex oxide of indium (In) and tin (Sn)) or Ni / Au is formed as a translucent electrode on the entire surface of the p-type nitride semiconductor. Then, the p-side pedestal electrode 21 may be formed on a part of the translucent electrode.
出来上がった半導体ウエハーにスクライブラインを引いた後、外力により分割させ半導体発光素子であるLEDチップ(光屈折率2.5)を形成させる。   A scribe line is drawn on the completed semiconductor wafer and then divided by an external force to form an LED chip (light refractive index of 2.5) which is a semiconductor light emitting element.
0.15mm厚の鉄入り銅からなる長尺金属板に対し打ち抜き加工を施し、各パッケージに挿入される正負一対のリード電極2を複数有するリードフレームを形成する。また、光反射率を向上させるため、リードフレーム表面にAgメッキを施す。   A long metal plate made of iron-containing copper having a thickness of 0.15 mm is punched to form a lead frame having a plurality of pairs of positive and negative lead electrodes 2 inserted into each package. Further, Ag plating is applied to the surface of the lead frame in order to improve the light reflectance.
次に、正負一対のリード電極2が挿入されて閉じられた成型用型内に、パッケージ1の下面側に相当するゲートから溶融されたポリフタルアミド樹脂を流し込み硬化させ、図1に示すパッケージを形成する。パッケージ1は、発光素子を収納可能な凹部を有し、該凹部底面から正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成形されている。さらに、パッケージ1の主面側は、側壁部の主面に段差を有し、パッケージの内壁面8によって形成される凹部側から第一の主面1aおよび第二の主面1bを有している。また、発光面の短手側であるパッケージ側面から突出されたリード電極2のそれぞれは、パッケージ主面に対向する裏面側で発光装置の内側方向に折り曲げられて接続端子部を形成している。   Next, a molten polyphthalamide resin is poured and cured from a gate corresponding to the lower surface side of the package 1 into a molding die closed with a pair of positive and negative lead electrodes 2 inserted therein, and the package shown in FIG. Form. The package 1 has a recess capable of accommodating the light emitting element, and the positive and negative lead electrodes are integrally formed so that one main surface is exposed from the bottom surface of the recess. Further, the main surface side of the package 1 has a step on the main surface of the side wall portion, and has a first main surface 1a and a second main surface 1b from the concave portion formed by the inner wall surface 8 of the package. Yes. In addition, each of the lead electrodes 2 protruding from the side surface of the package, which is the short side of the light emitting surface, is bent toward the inside of the light emitting device on the back surface side facing the package main surface to form a connection terminal portion.
このように形成されたパッケージ1の凹部の底面に露出されたリード電極2の端部主面に対して、エポキシ樹脂をダイボンド材としてLEDチップを接着し固定する。次に、固定されたLEDチップの電極と、パッケージ1の凹部底面から露出された各リード電極2とをそれぞれAuを主な材料とする導電性ワイヤ5にて接続する。   The LED chip is bonded and fixed to the main surface of the end portion of the lead electrode 2 exposed on the bottom surface of the concave portion of the package 1 formed in this manner using epoxy resin as a die bond material. Next, the fixed electrode of the LED chip and each lead electrode 2 exposed from the bottom of the recess of the package 1 are connected by a conductive wire 5 made mainly of Au.
次に、封止部材3を形成する。まず、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物100wt%(屈折率1.53)に対して、拡散剤として平均粒径1.0μm、吸油量70ml/100gである軽質炭酸カルシウム(屈折率1.62)を3wt%含有させ、自転公転ミキサーにて5分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、30分間放置し樹脂を室温に戻し安定化させる。   Next, the sealing member 3 is formed. First, light calcium carbonate (refractive index of 1.62) having an average particle diameter of 1.0 μm and an oil absorption of 70 ml / 100 g as a diffusing agent is applied to 100 wt% of the phenylmethyl silicone resin composition (refractive index of 1.53). 3 wt% is contained, and the mixture is stirred for 5 minutes with a rotation and revolution mixer. Next, in order to cool the heat generated by the stirring treatment, the resin is allowed to stand for 30 minutes to return to room temperature and stabilized.
こうして得られた硬化性組成物をパッケージ1の凹部内に、凹部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、70℃×3時間、及び150℃×1時間熱処理を施す。これにより、凹部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に滑らかな凹みを有する発光面が得られる。また、硬化性組成物の硬化物からなる封止部材3は、拡散剤の含有量の多い第一の層と、該第一の層より拡散剤の含有量が少ないか、若しくは含有していない第二の層との2層に分離しており、LEDチップの表面は第一の層にて被覆されている。さらに、第一の層は、凹部の底面からLEDチップの表面にかけて連続して形成されていることが好ましい。これにより、LEDチップから発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に良好な光の均一性が得られる。   The curable composition thus obtained is filled into the recesses of the package 1 up to the same plane line as the upper surfaces of both ends of the recesses. Finally, heat treatment is performed at 70 ° C. × 3 hours and 150 ° C. × 1 hour. As a result, a light emitting surface having a smooth recess in a substantially parabolic shape from the upper surface to the center of both end portions of the recess is obtained. Moreover, the sealing member 3 made of a cured product of the curable composition has a first layer having a large content of the diffusing agent and a content of the diffusing agent less than or not contained in the first layer. It is separated into two layers, the second layer, and the surface of the LED chip is covered with the first layer. Furthermore, the first layer is preferably formed continuously from the bottom surface of the recess to the surface of the LED chip. Thereby, the light emitted from the LED chip can be efficiently extracted to the outside, and good light uniformity can be obtained.
このようにして得られた発光装置は、発光面側であるパッケージの主面において、第一の主面と第二の主面とが一定形状で設けられているため、パッケージ主面に対して支持体や光学部材等あらゆる部材を精度良く装着することができる。   In the light emitting device thus obtained, the first main surface and the second main surface are provided in a fixed shape on the main surface of the package on the light emitting surface side. Any member such as a support or an optical member can be mounted with high accuracy.
図2、図3、図4に本実施例にかかる半導体装置を示す。実施例1において、パッケージ1の第二の主面1b上に円周の外壁を備える以外は同様にして半導体装置を形成する。   2, 3 and 4 show a semiconductor device according to this example. In Example 1, a semiconductor device is formed in the same manner except that a circumferential outer wall is provided on the second main surface 1 b of the package 1.
本実施例にかかる半導体装置は、外周壁の内部に接着剤を注入し他部材と接着すると、接着剤は外周壁外部(特に、凹部内)へ流出することがなくなるため、固着力に優れ、信頼性の高い半導体装置である。   In the semiconductor device according to the present example, when the adhesive is injected into the outer peripheral wall and bonded to another member, the adhesive does not flow out of the outer peripheral wall (particularly, in the recess), and thus has excellent fixing force. It is a highly reliable semiconductor device.
図2、図3、図4に本実施例にかかる半導体装置を示す。LEDチップの各電極上にAuバンプを形成し、超音波接合にてパッケージ凹部底面から露出された各リード電極とそれぞれ対向させて電気的導通を取るフリップチップ実装を行う以外は他の実施例と同様にして発光装置を形成する。   2, 3 and 4 show a semiconductor device according to this example. Other than the embodiment, except that the Au bump is formed on each electrode of the LED chip, and the flip chip mounting is carried out so as to face each lead electrode exposed from the bottom surface of the recess of the package by ultrasonic bonding. Similarly, a light emitting device is formed.
本実施例による発光装置は、上記実施例と同様の効果が得られるだけでなく、半導体発光素子の電極形成面をリード電極に対する実装面とし素子の基板側から光が取り出されるため、素子の基板側を実装面とした発光装置と比較して放熱性および光の取り出し効率が向上する発光装置である。   The light emitting device according to this embodiment not only has the same effect as the above embodiment, but also has the electrode formation surface of the semiconductor light emitting element as a mounting surface for the lead electrode, and light is extracted from the element substrate side. This is a light emitting device with improved heat dissipation and light extraction efficiency compared to a light emitting device having a mounting surface on the side.
図2、図3、図4に本実施例にかかる発光装置を示す。実施例3において、封止部材中に蛍光物質を含有させる以外は、同様にして発光装置を形成する。   2, 3 and 4 show the light emitting device according to this example. In Example 3, a light emittin