JP3994094B2 - 発光ダイオードランプ - Google Patents

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Description

本発明は，金属製リード端子の先端に凹み形成したカップ部の内底面に発光ダイオードチップをダイボンディングし，前記リード端子における先端の部分を透明合成樹脂にてパッケージするか，前記カップ部内に透明合成樹脂を充填して成る発光ダイオードランプに関するものである。
最近，例えば，ＧａＮ系で青色を発光する発光ダイオードチップが開発され，この青色発光の発光ダイオードチップは，高い輝度を呈することが良く知られている。
また，最近においては，前記青色発光の発光ダイオードチップが高い輝度を有することを利用して，この発光ダイオードチップの表面を，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆し，前記青色発光の波長を前記被膜中の螢光物質にて一部黄色に変換し，これらの混色によって，高い輝度の白色発光に色調変換することが行われている。
そこで，先行技術としての特許文献１における図５には，二本の金属製リード端子のうち一方のリード端子の先端に，内周面を光の反射面にしたカップ部を凹み形成し，このカップ部の内底面に青色発光の発光ダイオードチップをダイボンディングし，この発光ダイオードチップと他方のリード端子との間を細い金属線にて接続する一方，両リード端子の先端の部分を透明合成樹脂体にてパッケージして成る発光ダイオードランプにおいて，前記カップ部内に，予め，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を，前記発光ダイオードチップの全体を埋没するように充填することによって，白色発光に色調変換することが提案されている。
また，従来における別の発光ダイオードランプにおいては，絶縁体の先端面に内周面を外向きに広がる形状に凹み形成したカップ部を設け，このカップ部の内面に光反射性を有する電極膜を形成し，前記カップ部の内底面に青色発光の発光ダイオードチップをダイボンディングしたのち，前記カップ部の内部に，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を，前記発光ダイオードチップの全体を埋没するように充填することによって，白色発光に色調変換するように構成している。
特開平９−１９２１３５号公報
しかし，前記した従来のものは，カップ部の内部に発光ダイオードチップをダイボンディングしたのち，前記カップ部の内部の全体に，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を液体の状態で，前記発光ダイオードチップ埋没するように充填するという構成であって，前記発光ダイオードチップから出射された光は，前記カップ部内に充填された螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂の内部を透過する過程で，波長の変換と，前記カップ部の
内面における光反射面によってカップ部から出て行く方向への方向変換とを行うものであり，換言すると，螢光物質が分散された光透過性合成樹脂の内部を，光反射面の前後における長い経路にわたって透過することにより，この光透過性合成樹脂を透過するときにおける光の減衰率が可成り大きいから，光の輝度がそれだけ低いという問題がある。
しかも，前記カップ部内への光透過性合成樹脂の充填に際しては，充填量の多い少ないのバラ付きが存在し，このバラ付きが，そのまま，螢光物質の量のバラ付きになり，ひいては，色調のバラ付きになって現れるという問題もあった。
本発明は，発光ダイオードチップから出射される光の色調を，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて変えるようにした発光ダイオードランプにおいて，前記のような問題を招来することがないようにすることを技術的課題とするものである。
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「少なくとも，二本の一対のリード端子と，一方のリード端子の先端に内周面を外向きに広がる形状の光反射面とするように凹み形成したカップ部と，発光ダイオードチップと，前記両リード端子における先端の部分をパッケージする透明合成樹脂体，或いは，前記カップ部内に前記発光ダイオードチップをパッケージするように充填した透明合成樹脂体とから成る発光ダイオードランプにおいて，
前記発光ダイオードチップを，透明なｎ型半導体基板の上面にｎ電極を形成する一方，前記ｎ型半導体基板の下面に青色発光層，ｐ型半導体層及びｐ電極を形成して成る積層構造にし，この発光ダイオードチップの周囲における各側面のうち前記ｎ型半導体基板の部分に，前記青色発光層に隣接する部分から前記ｎ電極に向かって内向きにした傾斜面を設け，更に，前記発光ダイオードチップを，その周囲における各側面を螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆して直方体に構成して，前記カップ部の内部に，当該発光ダイオードチップにおけるｐ電極を下向きにｎ電極を上向きにして配設し，その下向きのｐ電極を前記カップ部の内底面に電気的に接続するようにダイボンディングする。」
ことを特徴としている。
また，本発明の請求項２は，
「少なくとも，絶縁体と，この絶縁体に内周面を外向きに広がる形状にして凹み形成したカップ部と，前記カップ部の内面に光反射性を有するように形成した電極膜と，発光ダイオードチップと，前記カップ部内に前記発光ダイオードチップをパッケージするように充填した透明合成樹脂体とから成る発光ダイオードランプにおいて，
前記発光ダイオードチップを，透明なｎ型半導体基板の上面にｎ電極を形成する一方，前記ｎ型半導体基板の下面に青色発光層，ｐ型半導体層及びｐ電極を形成して成る積層構造にし，この発光ダイオードチップの周囲における各側面のうち前記ｎ型半導体基板の部分に，前記青色発光層に隣接する部分から前記ｎ電極に向かって内向きにした傾斜面を設け，更に，前記発光ダイオードチップを，その周囲における各側面を螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆して直方体に構成して，前記カップ部の内部に，当該発光ダイオードチップにおけるｐ電極を下向きにｎ電極を上向きにして配設し，その下向きのｐ電極を前記カップ部の内底面における電極膜に接続するようにダイボンディングする。」ことを特徴としている。
更にまた，本発明の請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記発光ダイオードチップにおける上向きのｎ電極に，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を塗布する。」
ことを特徴としている。
発光ダイオードチップを，透明なｎ型半導体基板の上面にｎ電極を形成する一方前記ｎ型半導体基板の下面に青色発光層，ｐ型半導体層及びｐ電極を形成して成る積層構造の直方体にし，この発光ダイオードチップの周囲における各側面のうち前記ｎ型半導体基板の部分に，前記青色発光層に隣接する部分から前記ｎ電極に向かって内向きにした傾斜面を設け，更に，前記発光ダイオードチップの周囲における各側面を，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆して直方体に構成することにより，前記発光ダイオードチップのうち青色発光層で発光する光は，主として，前記透明なｎ型半導体基板の周囲における各側面より，当該各側面を被覆する光透過性合成樹脂を透過して，横向きに出射される。
そこで，前記したように周囲の各側面を螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆して直方体に構成にして成る発光ダイオードチップを，そのｐ電極を下向きにｎ電極を上向きにして，リード端子又は絶縁体に凹み形成したカップ部の内部に配設して，その下向きのｐ電極を前記カップ部の内底面，又は内底面における電極膜に電気的に接続するようにダイボンディングすることにより，側面の光透過性合成樹脂を透過して横向きに出射される光は，前記光透過性合成樹脂を透過するときにおいて波長が変換され，この波長が変換された後の光が，前記カップ部の内周面における光反射面にてカップ部内から出て行く方向に反射されることになる。
つまり，先行技術のように，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂の内部を透過する途中で，波長の変換と光の反射とを行うのではなく，最初に，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて波長を変換し，この波長を変換した後において，光の反射を行うものであることにより，光の減衰率を，前記先行技術の場合によりも大幅に低減できるから，発光ダイオードランプとしての光の輝度を著しく向上できるのである。
しかも，前記カップ部の内部における全体に螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を充填するという構成でないことにより，前記螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて波長を変換した色調のバラ付きを，前記先行技術の場合によりも僅少にとどめることができるのである。
この場合において，請求項３に記載した構成にすることにより，発光ダイオードチップにおける上向きのｎ電極から漏れ出る光を，当該上向きのｎ電極に対して塗布した螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて，発光ダイオードチップにおける側面における光透過性合成樹脂と同様の色調に変換できることができるし，また，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を，発光ダイオードチップにおける側面と，上面とに形成することにより，色度の微妙な調整が可能になる。
以下，本発明の実施の形態を，図面について説明する。
図１は，第１の実施の形態による発光ダイオードランプ１を示す。
この発光ダイオードランプ１は，金属板製の二本一対のリード端子２，３と，この両リード端子２，３のうち一方のリード端子２の先端面にダイボンディングした発光ダイオードチップ４と，この発光ダイオードチップ４と前記他方のリード端子３との間をワイヤボンディングした金属線５と，前記両リード端子２，３における先端の部分をパッケージする透明合成樹脂製のモールド部６とから成っている。
なお，前記モールド部６の先端は，前記発光ダイオードチップ４の箇所又はその近傍に焦点を有するレンズ部７に形成されている。
また，前記一方の先端のうち前記発光ダイオードチップ４がダイボンディングされる部分には，カップ部８が凹み形成され，このカップ部８における内周面は，円錐形の光反射面９に形成されている。
この場合において，前記両リード端子２，３が，光の反射性を有しない金属製であるときには，前記両リード端子２，３における表面のうち少なくとも前記カップ部８の内面には，光を反射する金属によるメッキ，例えば，銀メッキが施されている。
次に，図２及び図３は，前記発光ダイオードチップ４の詳細を示す。
この発光ダイオードチップ４は，ｎ型ＳｉＣ結晶基板等の透明な厚さの厚いｎ型半導体基板４ａの下面に，ｐ型半導体層４ｂをその間に青色発光の発光層４ｃを挟んで積層形成する一方，前記ｎ型半導体基板４ａの上面にｎ電極４ｄを，前記ｐ型半導体層４ｂの下面にｐ電極４ｅを各々形成して成る積層構造，つまり，透明なｎ型半導体基板４ａの上面にｎ電極４ｄを形成する一方，前記ｎ型半導体基板４ａの下面に青色発光層４ｃ，ｐ型半導体層４ｂ及びｐ電極４ｅを形成して成る積層構造の構成である。
しかも，この発光ダイオードチップ４の周囲における各側面のうち前記ｎ型半導体基板４ａの部分には，その上部における横幅寸法Ｗ１を下部における横幅寸法Ｗ２よりも小さくするように，前記青色発光層４ｃに隣接する部分から前記ｎ電極４ｄに向かって内向きにした傾斜面４′が形成されている。
更に，前記発光ダイオードチップ４を，その周囲における各側面を青色発光を白色発光に色調変換するようにした螢光物質を粉末の状態で含む光透過性合成樹脂１０にて被覆して成る直方体に構成する。
そして，前記発光ダイオードチップ４を，その周囲における各側面を光透過性合成樹脂１０にて被覆して成る構成にして，前記一方のリード端子２におけるカップ部８内に，そのｐ電極４ｅを下向きにｎ電極４ｄを上向きにして配設し，前記ｐ電極４ｅがカップ部８の内底面に対して電気的に導通するように導電性ペースト又は半田にてダイボンディングし，次いで，前記発光ダイオードチップ４における上向きのｎ電極４ｄに対して，他方のリード端子３からの金属線５を接続する。
そして，最後に，前記両リード端子２，３の先端の部分を，先端にレンズ部を有する透明合成樹脂体６にて，両リード端子２，３の一部が当該透明合成樹脂体６の下面から下向きに突出するようにパッケージする。
この構成において，両リード端子２，３の間に通電することによる前記発光ダイオードチップ４の発光層４ｃでの青色発光は，主として，前記発光ダイオードチップ４の周囲における各側面のうち透明なｎ型半導体基板４ａの部分からカップ部８の内周面における光反射面９に向かって横向きに出射されるときにおいて，前記各側面を被覆する光透過性合成樹脂１０を透過することにより，この光透過性合成樹脂１０に含まれている螢光物質にて，白色発光に色調変換され，次いで，前記光反射面９にて，前記カップ部８内から出て行く方向に反射される。
この場合において，前記発光ダイオードチップ４の発光層４ｃでの青色発光のうち一部は，上面におけるｎ電極４ｄから上向きに出射されることになるが，この場合には，この上面におけるｎ電極４ｄを，図４に示す第２の実施の形態による発光ダイオードランプ１１のように，前記ワイヤボンディングによる金属線５を接続したあとにおいて，同じく，螢光物質を粉末の状態で含む光透過性合成樹脂１２に被覆することにより，前記発光ダイオードチップ４の発光層４ｃでの青色発光の総てを白色発光に色調変換することができる。
次に，図５及び図６は，第３の実施の形態による発光ダイオードランプ４１を示す。
この発光ダイオードランプ４１は，金属板製の二本一対のリード端子２′，３′のうち一方のリード端子２′の先端面に，カップ部８′を，その内周面が外向きに広がる光反射面９とするように凹み形成し，このカップ部８′の内部に，前記図２及び図３に示す構造にした発光ダイオードチップ４を，そのｐ電極４ｅを下向きにｎ電極４ｄを上向きにして供給して，前記ｐ電極４ｅがカップ部８′の内底面に対して電気的に導通するように導電性ペースト又は半田にてダイボンディングし，次いで，前記発光ダイオードチップ４における上向きのｎ電極４ｄに対して，他方のリード端子３′からの金属線５′を接続するという構成にしている。
そして，最後に，前記両リード端子２′，３′の全体を，板状にした透明合成樹脂体６′にて，両リード端子２′，３′における一部が当該透明合成樹脂体６′における一つの表面６ａ′に接続用端子２ａ′，３ａ′として露出するようにパッケージするという構成にしたものである。
このように構成することにより，前記した各実施の形態と同様の効果を得ることができることに加えて，全体が板状体で，且つ，この板状体における一つの表面に半田付けするための接続用端子２ａ′，３ａ′を備えた形態であることにより，面実装型の発光ダイオードランプ４１に構成することができる。
次に，図７及び図８は，第４の実施の形態による発光ダイオードランプ５１を示す。
この発光ダイオードランプ５１は，板状にした絶縁体５２の先端面に，内周面を外向きに広がる形状にしたカップ部８″を凹み形成して，このカップ部８″の内面に，銀等の金属にて光反射性を有する電極膜２″を形成し，前記カップ部８″の内部に，前記図２及び図３に示す構造にした発光ダイオードチップ４を，そのｐ電極４ｅを下向きにｎ電極４ｄを上向きにして供給して，前記ｐ電極４ｅがカップ部８″内の電極膜２″に対して電気的に導通するように導電性ペースト又は半田にてダイボンディングし，次いで，前記発光ダイオードチップ４における上向きのｎ電極４ｄに対して，前記絶縁体５２の表面に形成した他方の電極膜３″からの金属線５″を接続する。
そして，最後に，前記カップ部８″の内部に，透明合成樹脂体６″を，当該透明合成樹脂体６″にて前記発光ダイオードチップ４及び前記金属線５″をパッケージするように充填するという構成にしたものである。
このように構成することにより，前記した各実施の形態と同様の効果を得ることができることに加えて，全体が薄型の板状体で，且つ，金属製のリード端子を使用しない，従って，軽量の面実装型の発光ダイオードランプ５１に構成できる。
なお，これら第３の実施の形態及び第４の実施の形態のいずれも，前記カップ部８′，８″を，横に長い長方形にすることにより，液晶表示装置等におけるバックライト光源として使用できるように構成しているが，これら第２の実施の形態及び第３の実施の形態のいずれにも，前記図４に示す第２の実施の形態を適用できることはいうまでもない。
第１の実施の形態による発光ダイオードランプを示す要部拡大図である。 本発明に使用する発光ダイオードチップの一部切欠側面図である。 図２の平面図である。 第２の実施の形態による発光ダイオードランプを示す要部拡大図である。 第３の実施の形態による発光ダイオードランプを示す縦断正面図である。 図５のVIII−VIII視断面図である。 第４の実施の形態による発光ダイオードランプを示す縦断正面図である。 図７のＸ−Ｘ視断面図である。
符号の説明
１，１１，２１，３１，４１，５１ 発光ダイオードランプ
２，２′ 一方のリード端子
３，３′ 他方のリード端子
２″ 一方の電極膜
３″ 他方の電極膜
４ 発光ダイオードチップ
４′ 傾斜面
４ａ ｎ型半導体基板
４ｂ ｐ型半導体層
４ｃ 発光層
４ｄ ｎ電極
４ｅ ｐ電極
５，５′，５″ 金属線
６，６′，６″ 透明合成樹脂体
８，８′，８″ カップ部
９ 光反射面
１０ 光透過性合成樹脂
１２，３２ 光透過性合成樹脂
５２ 絶縁体

Claims (3)

  1. 少なくとも，二本の一対のリード端子と，一方のリード端子の先端に内周面を外向きに広がる形状の光反射面とするように凹み形成したカップ部と，発光ダイオードチップと，前記両リード端子における先端の部分をパッケージする透明合成樹脂体，或いは，前記カップ部内に前記発光ダイオードチップをパッケージするように充填した透明合成樹脂体とから成る発光ダイオードランプにおいて，
    前記発光ダイオードチップを，透明なｎ型半導体基板の上面にｎ電極を形成する一方，前記ｎ型半導体基板の下面に青色発光層，ｐ型半導体層及びｐ電極を形成して成る積層構造にし，この発光ダイオードチップの周囲における各側面のうち前記ｎ型半導体基板の部分に，前記青色発光層に隣接する部分から前記ｎ電極に向かって内向きにした傾斜面を設け，更に，前記発光ダイオードチップを，その周囲における各側面を螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆して直方体に構成して，前記カップ部の内部に，当該発光ダイオードチップにおけるｐ電極を下向きにｎ電極を上向きにして配設し，その下向きのｐ電極を前記カップ部の内底面に電気的に接続するようにダイボンディングすることを特徴とする発光ダイオードランプ。
  2. 少なくとも，絶縁体と，この絶縁体に内周面を外向きに広がる形状にして凹み形成したカップ部と，前記カップ部の内面に光反射性を有するように形成した電極膜と，発光ダイオードチップと，前記カップ部内に前記発光ダイオードチップをパッケージするように充填した透明合成樹脂体とから成る発光ダイオードランプにおいて，
    前記発光ダイオードチップを，透明なｎ型半導体基板の上面にｎ電極を形成する一方，前記ｎ型半導体基板の下面に青色発光層，ｐ型半導体層及びｐ電極を形成して成る積層構造にし，この発光ダイオードチップの周囲における各側面のうち前記ｎ型半導体基板の部分に，前記青色発光層に隣接する部分から前記ｎ電極に向かって内向きにした傾斜面を設け，更に，前記発光ダイオードチップを，その周囲における各側面を螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂にて被覆して直方体に構成して，前記カップ部の内部に，当該発光ダイオードチップにおけるｐ電極を下向きにｎ電極を上向きにして配設し，その下向きのｐ電極を前記カップ部の内底面における電極膜に接続するようにダイボンディングすることを特徴とする発光ダイオードランプ。
  3. 前記請求項１又は２の記載において，前記発光ダイオードチップにおける上向きのｎ電極に，螢光物質の粉末を含む光透過性合成樹脂を塗布することを特徴とする発光ダイオードランプ。
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