JP4047679B2

JP4047679B2 - Light emitting device

Info

Publication number: JP4047679B2
Application number: JP2002271450A
Authority: JP
Inventors: 和宏酒井; 俊宣黒山
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP2004111616A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は発光装置に関する。詳しくは、反射部材を備えた発光装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光装置の発光効率を高めることを目的として、発光素子から側方へと放出される光を有効に利用できるようにプリント基板上にマウントされる発光素子の周囲に反射部材を設置する構成が採用されている。反射部材としては樹脂や金属を所望の形状に成形し、その表面にメッキ処理を施したものなどが使用される。このような反射部材の基板への固定は反射部材の取付足を基板に設けられた孔に差し込んだ後にその先端を基板の裏面側で曲げて固定したり、あるいは基板の裏面側に熱溶着したりすることなどによって行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のような反射部材の固定方法では人の手による加工工程が必要となることから高い加工精度を望めない。また発光素子や抵抗などの他の部材と反射部材との固定を別個の工程として行う必要があることから工程数が多く、それに伴い加工に要する時間も長いものとなる。
本発明は以上の課題に鑑みて、基板上に発光素子及び反射部材がマウントされる発光装置であって、その製造を高い精度で行え且つより簡便な製造工程で行うことができる発光装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的を達成すべく、次の構成からなる。即ち、
発光素子と、
前記発光素子がマウントされる基板であって、表面に形成される導電パターンと、及び一部の領域を除いて該導電パターン上に形成される絶縁層とを備える基板と、
前記発光素子から側方に放出された光を反射する反射面を有する反射部材であって、前記導電パターン上において前記絶縁層が形成されない前記領域に半田を介してその一部が接続される反射部材と、
を備えてなる発光装置である。
【０００５】
かかる構成では基板上の導電パターンの一部に絶縁層で被覆されない領域が形成され、そして当該領域に半田を介して反射部材が固定される。このような半田による反射部材の固定はいわゆるリフロー法などによって行うことができることから簡便かつ高い精度の加工が実現される。またこの反射部材の固定工程は例えば抵抗の固定等の工程と同時に行うことができることから、発光装置の加工（製造）工程数の減少ひいては製造（加工）時間の短縮が達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の発光装置を構成する各要素について説明する。
（発光素子）
発光素子の種類は特に限定されるものではなく、任意の構成のものを採用することができる。例えば、III族窒化物系化合物半導体層を備える発光素子を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。発光素子の素子機能部分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。
【０００７】
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法などによっても形成することができる。
【０００８】
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、窒化ガリウム、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板のａ面を利用することが更に好ましい。
【０００９】
発光素子の発光色は目的に応じて適宜選択される。例えば、青色、赤色、緑色等、所望の発光色に応じて選択される。また、発光素子を複数個用いることもできる。その場合には、同種類の発光素子を組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類の発光素子を複数組み合わせても良い。例えば、光の三原色である赤、緑、青色の発光色を有する発光素子を組み合わせる。かかる構成によれば、任意の色を発光可能な発光装置とすることができる。
【００１０】
（マウント基板）
発光素子がマウントされる基板（マウント基板）の表面には回路構成に対応した導電パターンが形成される。導電パターンの材質は良好な導電性が確保できる限りにおいて特に限定されず、例えば銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、又は銀（Ａｇ）を材料として導電パターンを形成することができる。尚、基板の材料としてはポリイミド、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ガラスエポキシ等の樹脂やセラミックス等を採用することができる。
【００１１】
導電パターン上には絶縁層が形成される。この絶縁層は導電パターンの一部の領域が露出するよう形成される。尚、導電パターンの全体を被覆するように絶縁層を形成した後に一部の絶縁層を除去することによりこのような絶縁層を形成してもよい。絶縁層が形成されていない領域、即ち導電パターンの露出部分が発光素子及び後述の反射部材のマウント領域となる。導電パターン上のみならず基板表面のその他の領域をも被覆するように絶縁層を形成してもよい。
この絶縁層の材料としては電気的な絶縁性を有することはもとより、半田に対してぬれ性が小さい材料を用いることが好ましい。フロー法やリフロー法等の周知の方法で絶縁層の開口部である導電パターン露出部分上に選択的に半田バンプを形成することができるからである。かかる絶縁性の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化チタンなどのセラミックス又はポリイミド等の合成樹脂を用いることができる。セラミックス製の絶縁層はプラズマＣＶＤ、スパッタ、ＥＢ蒸着等の方法で形成することができる。合成樹脂製の絶縁層はスピンコート法、ディップ法その他の方法で形成することができる。
【００１２】
絶縁層から露出する導電パターン上に半田バンプを形成する方法としてフロー法やリフロー法等の周知の方法を採用することができる。半田に対するぬれ性の悪い絶縁層を用いたときには、基板を半田浴へディップするのみで露出した導電パターン部分にに半田バンプを形成することができる。
【００１３】
（反射部材）
反射部材は、基板にマウントされた状態において発光素子から側方に放出された光を反射する反射面を有する。具体的には反射部材として例えば発光素子の側方を囲繞するようなカップ状部を有するものが用いられる。ここでのカップ状部とは光軸に垂直方向の断面の面積がその底部側から発光装置の光の取り出し方向に向かって連続的又は段階的に増加する形状を有する空間からなる部分をいう。かかる条件を満たす範囲において、カップ状部を構成する反射部材の内周面の形状は特に限定されるものではない。
【００１４】
反射部材の形成材料は特に限定されず、金属、合金、合成樹脂等から適当な材料を選択して用いることができる。但し、基板にマウントされた状態において発光素子に対向する面、即ち反射面は発光素子の光に対して反射性であることが要求される。従って、反射部材の材料として発光素子の光に高い反射性を有しないものを選択した場合には、少なくとも反射面となる領域の表面に反射率の高い層を形成する。このような反射層は例えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｐｄ等から選択される一以上の金属又はその合金を材料として形成することができる。その他、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどの金属窒化物を反射層の材料として用いることもできる。特に、Ａｌ又はその合金によって反射層を構成することが好ましい。反射層の形成には蒸着、塗付、印刷等の方法を採用できる。特に、蒸着法によれば厚さが均一でかつ表面が平滑な反射層を容易に形成することができる。
反射層は必ずしもカップ状部の内周面表面の全体に形成されなくてもよいが、反射層による発光効率の改善効果が最大限発揮されるように発光素子から側方に放出された光が照射する領域についてはその全体に反射層を設けることが好ましい。
反射層の厚さは発光素子からの光を反射するのに十分な厚さであれば特に限定されず、例えば約０．１〜約２．０μｍの範囲とする。好ましくは約０．５〜約１．０μｍの範囲とする。
【００１５】
反射面の表面はできるだけ平滑であることが好ましい。平滑なほど反射面における鏡面反射が起こりやすくなり、反射効率の向上ひいては発光効率の向上が図られるからである。
反射部材のカップ状部の内周面、即ち反射面の角度は光軸方向への反射効率を考慮して設計することができ、発光素子の光軸に対して２０°〜６０°の範囲にすることが好ましい。さらに好ましくは４０°〜５０°の範囲とする。
【００１６】
反射部材においてマウント基板との接触に寄与する部分には半田との接着性が要求される。従って、当該部分の表面が例えば半田との接着性が良好なスズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などを含む材料によって形成されていることが好ましい。
反射部材を熱伝導率の高い材料によって形成することが好ましい。このような材料としてはアルミ（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）などの金属又はその合金を例示することができる。熱伝導率の高い材料によって反射部材を構成すれば発光素子の放熱の一部を反射部材を介して行うことができ、発光装置の放熱特性が向上する。一方、金属などによって反射部材を構成した場合には静電気耐性の向上も期待できる。
反射部材は例えば所望の型を用いたプレス成形によって作製することができる。プレス成形によれば寸法精度の高い加工が可能である。
【００１７】
（封止部材）
封止部材は発光素子を被覆するように形成される部材であり、主として外部環境から発光素子を保護する目的で備えられる。封止部材の材料としては発光素子の光に対して透明であり、且つ耐久性、耐候性などに優れたものを採用することが好ましい。例えばシリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム、及びシリコーンエラストマーを含む）、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ガラス等の中から、発光素子の発光波長との関係で適当なものを選択することができる。発光素子の光が短波長領域の光を含む場合には特に紫外線劣化が問題となるため、シリコーン等の紫外線劣化に対する耐性の高い材料を採用することが好ましい。
封止部材の材料は、発光素子の光に対する透過性、硬化した状態の硬度、取り扱いの容易さ等を考慮して適当なものが採用される。
異なる材料からなる複数の層が発光素子上に積層して形成されるように封止部材を設けることができる。
【００１８】
封止部材に蛍光体を含有させることもできる。蛍光体を用いることにより発光素子からの光の一部を異なる波長の光に変換することができ、発光装置の発光色を変化させ又は補正することができる。発光素子からの光により励起可能なものであれば任意の蛍光体を用いることができ、その選択においては発光装置の発光色、耐久性等が考慮される。蛍光体を封止部材に一様に分散させても、また一部の領域に局在させてもよい。例えば蛍光体を発光素子の近傍に局在させることにより、発光素子から放出された光を効率的に蛍光体に照射できる。
【００１９】
複数種類の蛍光体を組み合わせて封止部材に含有させることもできる。この場合には発光素子からの光により励起されて発光する蛍光体と当該蛍光体からの光により励起されて発光する蛍光体とを組み合わせて用いることもできる。
封止部材に光拡散材を含有させて封止部材内での光の拡散を促進させ、発光ムラの減少を図ることもできる。特に上記のように蛍光体を用いる構成においては、発光素子からの光と蛍光体からの光との混色を促進させて発光色のムラを少なくするためにこのような光拡散材を用いることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の一の実施例であるＳＭＤタイプのＬＥＤを用いて本発明の構成をより詳細に説明する。
図１は実施例のＬＥＤ１の平面図である。図２は図１における矢印A方向の側面図、同様に図３は矢印B方向の側面図である。
ＬＥＤ１はマウント基板１０ａ、発光素子２０、及びリフレクタ３０から概略構成される。尚、静電耐圧のためにＬＥＤ１は図示しないツェナーダイオードを内蔵する。
【００２１】
発光素子２０はIII族窒化物系化合物半導体発光素子である。その構成を図７に模式的に示した。発光素子２０はサファイア基板２１上に複数の半導体層が積層された構成からなり、主発光ピーク波長を４８０ｎｍ付近に有する。発光素子２０の各層のスペックは次の通りである。

【００２２】
基板２１の上にはバッファ層２２を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層２３を形成する。ここで、基板２１にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層２３はＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層２３はｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
発光する層を含む層２４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
【００２３】
発光する層を含む層２４はｐ型層２５の側にＭｇ等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層２４中に注入された電子がｐ型層２５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層２４の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層２５を形成する。このｐ型層２５はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
【００２４】
ｎ電極２８はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層２５を形成した後にｐ型層２５、発光する層を含む層２４、及びｎ型層２３の一部をエッチングにより除去することにより表出したｎ型層２３上に蒸着で形成される。
透光性電極２６は金を含む薄膜であって、ｐ型層２５の上に積層される。ｐ電極２７も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極２６の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板２１の裏面（半導体層が形成されない側の表面）にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板２１側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。
【００２５】
リフレクタ３０は鋼板をプレス成形によって所望の形状とした後、表面にＳｎメッキを施したものである。図１〜図３に示されるようにリフレクタ３０はその中央部分にすり鉢状の空間（カップ状部３１）を備え、また相対向する一対の縁部にはコノ字状に裏面側へと屈曲されてなる接合部３２を二つずつ備える。ここで、リフレクタ３０をプレス加工によって作製すればその寸法精度が良好となり、図２及び図３に示されるようにリフレクタ３０のカップ状部３１の下部とマウント基板１０ａとの間に所定の隙間４０が形成された状態でリフレクタ３０を固定することができる。従って、リフレクタ３０と基板１０ａ表面の導電パターンとの接触による短絡を防止するための部品を別途用意する必要がなくなる。
【００２６】
ＬＥＤ１は、以上の構成の発光素子２０及びリフレクタ３０を用いて次のように製造される。まず図４に示されるように複数に区画された基板１０を用意し、各区画１０ａに所定の導電パターン１１を形成する。図５は導電パターン１１形成後の基板１０の一区画１０ａを拡大して示した図であり、斜線部分は導電パターン１１を表す。
続いて図６に示すように、発光素子２０がマウントされる領域１３、リフレクタ３０接続用の領域１４、及び外部端子用の領域１５を除く全領域において導電パターン１１を被覆するように酸化シリコンからなる絶縁層１２を形成する。尚、図６は絶縁層１２形成後の基板１０の一区画１０ａを拡大して示した図である。図中の斜線部分は絶縁層１２を表し、符号１６はリフレクタ３０の接続位置を表す。
【００２７】
次に導電パターン１１が矩形状に露出した四つの領域１４に半田をリフロー法によって印刷する。続いてその各接合部３２がそれぞれ対応する半田バンプ上に位置するようにリフレクタ３０をマウントする。この状態で熱処理を行い半田を一旦溶融させる。その結果、半田を介してリフレクタ３０の各接合部３２が導電パターン１１に対して電気的に接続される。このようにしてリフレクタ３０を固定した後に、導電パターン１１が円形状に露出した領域１３のほぼ中央に、金属を含むペースト材料によって発光素子２０を固定する。そして発光素子２０の各電極を、対応する電位となる導電パターン１１の領域にリード線を用いてそれぞれ接続する。
【００２８】
以上のようにしてリフレクタ３０及び発光素子２０を固定した後、液状に調製した光透過性樹脂をリフレクタ３０のカップ状部３１に滴下して封止を行う。最後に基板１０を切断線１９（図４を参照）に沿って切断してＬＥＤ１を得る。
【００２９】
尚、以上の製造方法ではリフレクタ３０を固定した後に発光素子２０の固定を行うこととしたが、発光素子２０の固定を先に行うこともできる。また、発光素子としてその電極側を下にしてマウントして用いるいわゆるフリップチップタイプのものを採用する場合には、リフレクタの固定と同様に半田によって発光素子の固定を行うこともできる。かかる方法によればリフレクタの固定と発光素子の固定とを同時に行うことができ、製造工程が一層簡便化される。
【００３０】
以上の方法によって製造されたＬＥＤ１を無作為に１０個選出し、これらを用いてＬＥＤ１の放熱特性を検討した。その結果、ＬＥＤ１の熱抵抗は、樹脂製のリフレクタを用いた従来品の1/2以下の平均約200℃/Wであった。即ちＬＥＤ１ではその放熱特性が大幅に向上していることが確認された。一方、ＬＥＤ１の静電気耐性を調べたところ、ＬＥＤ１では150オーム接触放電の条件において3kv以上、また気中放電の条件においては10kv以上であって、従来品（両条件においてともに数100v）に比較して大幅な静電気耐性の向上が認められた。
【００３１】
本発明は上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００３２】
【発明の効果】
リフレクタを備える発光装置において、リフレクタを半田によって基板に固定する構成としたことから、リフレクタの固定を高い精度でかつ簡便に行える。その結果、信頼性の高い発光装置を簡便な製造工程によって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例であるＬＥＤ１の構成を示す平面図である。
【図２】図２は図１における矢印Ａ方向の側面図である。
【図３】図３は図１における矢印Ｂ方向の側面図である。
【図４】図４はＬＥＤ１の製造に使用される基板１０を示す平面図である。
【図５】図５は導電パターン１１形成後の基板１０の一区画１０ａを拡大して示した平面図である。
【図６】図６は絶縁層１２形成後の基板１０の一区画１０ａを拡大して示した平面図である。
【図７】図７は発光素子２０の構成を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１ＬＥＤ
１０基板
１０ａマウント基板
１１導電パターン
１２絶縁層
２０発光素子
３０リフレクタ
３１カップ状部
３２接合部[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a light emitting device. In detail, it is related with improvement of the light-emitting device provided with the reflection member.
[0002]
[Prior art]
In order to increase the luminous efficiency of the light-emitting device, a configuration is adopted in which a reflective member is installed around the light-emitting element mounted on the printed circuit board so that the light emitted from the light-emitting element to the side can be used effectively Has been. As the reflecting member, a member in which a resin or metal is molded into a desired shape and the surface thereof is plated is used. Such a reflection member can be fixed to the substrate by inserting the mounting feet of the reflection member into a hole provided in the substrate and then bending and fixing the tip of the reflection member on the back side of the substrate, or by heat welding to the back side of the substrate. It is done by doing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the reflecting member fixing method as described above requires a processing step by a human hand, high processing accuracy cannot be expected. Moreover, since it is necessary to fix other members, such as a light emitting element and resistance, and a reflection member as a separate process, there are many processes, and the time required for a process also becomes long in connection with it.
In view of the above problems, the present invention provides a light emitting device in which a light emitting element and a reflecting member are mounted on a substrate, and the light emitting device can be manufactured with high accuracy and in a simpler manufacturing process. The purpose is to do.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration in order to achieve the above object. That is,
A light emitting element;
A substrate on which the light emitting element is mounted, the substrate including a conductive pattern formed on a surface, and an insulating layer formed on the conductive pattern except for a part of the region;
A reflective member having a reflective surface for reflecting light emitted laterally from the light emitting element, a part of which is connected via solder to the region where the insulating layer is not formed on the conductive pattern Members,
It is a light-emitting device provided with.
[0005]
In such a configuration, a region not covered with the insulating layer is formed in a part of the conductive pattern on the substrate, and the reflecting member is fixed to the region via solder. Since the fixing of the reflecting member with solder can be performed by a so-called reflow method or the like, simple and highly accurate processing is realized. In addition, since the fixing process of the reflecting member can be performed simultaneously with the process of fixing the resistance, for example, the number of processing (manufacturing) processes for the light emitting device can be reduced, and the manufacturing (processing) time can be shortened.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereafter, each element which comprises the light-emitting device of this invention is demonstrated.
(Light emitting element)
The kind of the light emitting element is not particularly limited, and an element having any configuration can be adopted. For example, a light-emitting element including a group III nitride compound semiconductor layer can be used. Group III nitride compound semiconductor is represented by the general formula _{_{_{Al X Ga Y In 1-X}}} -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1), AlN, GaN and It includes a so-called binary system of InN, a so-called ternary system of Al _x Ga _1-x N, Al _x In _1-x N, and Ga _x In _1-x N (where 0 <x <1). At least a part of the group III element may be substituted with boron (B), thallium (Tl), etc., and at least a part of the nitrogen (N) is also phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) , Bismuth (Bi) or the like. The element functional part of the light-emitting element is preferably composed of the binary or ternary group III nitride compound semiconductor.
[0007]
The group III nitride compound semiconductor may contain an arbitrary dopant. As the n-type impurity, silicon (Si), germanium (Ge), selenium (Se), tellurium (Te), carbon (C), or the like can be used. As the p-type impurity, magnesium (Mg), zinc (Zn), beryllium (Be), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), or the like can be used. Although the group III nitride compound semiconductor can be exposed to electron beam irradiation, plasma irradiation or furnace heating after doping with p-type impurities, it is not essential.
Group III nitride compound semiconductors include metalorganic vapor phase epitaxy (MOCVD), well-known molecular beam crystal growth (MBE), halide vapor phase epitaxy (HVPE), sputtering, ion plating. It can also be formed by a ting method or the like.
[0008]
The material of the substrate on which the group III nitride compound semiconductor layer is grown is not particularly limited as long as the group III nitride compound semiconductor layer can be grown. For example, sapphire, gallium nitride, spinel, silicon, silicon carbide, Examples of the substrate material include zinc oxide, gallium phosphide, gallium arsenide, magnesium oxide, manganese oxide, and a group III nitride compound semiconductor single crystal. Among these, it is preferable to use a sapphire substrate, and it is more preferable to use the a-plane of the sapphire substrate.
[0009]
The emission color of the light emitting element is appropriately selected according to the purpose. For example, it is selected according to a desired emission color such as blue, red, and green. A plurality of light-emitting elements can also be used. In that case, it is possible to combine a plurality of different types of light emitting elements as well as to combine the same types of light emitting elements. For example, light emitting elements having light emission colors of three primary colors of red, green, and blue are combined. According to such a configuration, a light emitting device capable of emitting any color can be obtained.
[0010]
(Mount substrate)
A conductive pattern corresponding to the circuit configuration is formed on the surface of the substrate (mount substrate) on which the light emitting element is mounted. The material of the conductive pattern is not particularly limited as long as good conductivity can be ensured. For example, the conductive pattern may be formed using copper (Cu), tungsten (W), molybdenum (Mo), or silver (Ag) as a material. it can. In addition, as a material for the substrate, polyimide, bismaleimide triazine resin, glass epoxy resin, ceramics, or the like can be used.
[0011]
An insulating layer is formed on the conductive pattern. The insulating layer is formed so that a part of the conductive pattern is exposed. In addition, after forming an insulating layer so that the whole conductive pattern may be covered, such an insulating layer may be formed by removing a part of the insulating layer. A region where the insulating layer is not formed, that is, an exposed portion of the conductive pattern is a mount region for the light emitting element and a reflection member described later. An insulating layer may be formed so as to cover not only the conductive pattern but also other regions of the substrate surface.
As a material of this insulating layer, it is preferable to use a material having low electrical wettability as well as electrical insulation. This is because solder bumps can be selectively formed on the exposed portions of the conductive pattern, which are openings of the insulating layer, by a known method such as a flow method or a reflow method. As such an insulating material, ceramics such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, and titanium nitride, or synthetic resin such as polyimide can be used. The ceramic insulating layer can be formed by a method such as plasma CVD, sputtering, or EB vapor deposition. The insulating layer made of synthetic resin can be formed by a spin coating method, a dip method, or other methods.
[0012]
As a method for forming solder bumps on the conductive pattern exposed from the insulating layer, a known method such as a flow method or a reflow method can be employed. When an insulating layer having poor wettability with respect to solder is used, solder bumps can be formed on the exposed conductive pattern portions simply by dipping the substrate into a solder bath.
[0013]
(Reflective member)
The reflecting member has a reflecting surface that reflects the light emitted from the light emitting element to the side when mounted on the substrate. Specifically, for example, a reflection member having a cup-shaped portion surrounding the side of the light emitting element is used. Here, the cup-shaped portion refers to a portion made of a space having a shape in which the cross-sectional area perpendicular to the optical axis increases continuously or stepwise from the bottom side toward the light extraction direction of the light emitting device. In the range satisfying such conditions, the shape of the inner peripheral surface of the reflecting member constituting the cup-shaped portion is not particularly limited.
[0014]
The material for forming the reflecting member is not particularly limited, and an appropriate material can be selected and used from metals, alloys, synthetic resins, and the like. However, the surface facing the light emitting element in the state mounted on the substrate, that is, the reflecting surface is required to be reflective to the light of the light emitting element. Therefore, when a material that does not have high reflectivity for the light of the light emitting element is selected as the material of the reflecting member, a layer having a high reflectance is formed at least on the surface of the region that becomes the reflecting surface. Such a reflective layer can be made of, for example, one or more metals selected from Al, Ag, Cr, Pd, and the like, or alloys thereof. In addition, metal nitrides such as titanium nitride, hafnium nitride, zirconium nitride, and tantalum nitride can be used as the material of the reflective layer. In particular, the reflective layer is preferably made of Al or an alloy thereof. For the formation of the reflective layer, methods such as vapor deposition, coating, and printing can be employed. In particular, according to the vapor deposition method, a reflective layer having a uniform thickness and a smooth surface can be easily formed.
The reflective layer does not necessarily have to be formed on the entire inner peripheral surface of the cup-shaped part, but the light emitted from the light emitting element to the side is maximized so that the effect of improving the luminous efficiency by the reflective layer is maximized. It is preferable to provide a reflection layer on the entire area to be irradiated.
The thickness of the reflective layer is not particularly limited as long as it is sufficient to reflect the light from the light emitting element, and is, for example, in the range of about 0.1 to about 2.0 μm. Preferably, it is in the range of about 0.5 to about 1.0 μm.
[0015]
The surface of the reflecting surface is preferably as smooth as possible. This is because specular reflection on the reflecting surface is more likely to occur as the surface becomes smoother, so that the reflection efficiency can be improved and the light emission efficiency can be improved.
The inner peripheral surface of the cup-shaped portion of the reflecting member, that is, the angle of the reflecting surface can be designed in consideration of the reflection efficiency in the optical axis direction, and is in the range of 20 ° to 60 ° with respect to the optical axis of the light emitting element. It is preferable to do. More preferably, it is in the range of 40 ° to 50 °.
[0016]
The part that contributes to contact with the mount substrate in the reflecting member is required to have adhesiveness with solder. Therefore, it is preferable that the surface of the part is formed of a material containing, for example, tin (Sn), nickel (Ni), chromium (Cr), or the like that has good adhesion to solder.
It is preferable to form the reflecting member with a material having high thermal conductivity. Examples of such materials include metals such as aluminum (Al) and iron (Fe) or alloys thereof. If the reflecting member is made of a material having high thermal conductivity, part of the heat radiation of the light emitting element can be performed through the reflecting member, and the heat radiation characteristics of the light emitting device are improved. On the other hand, when the reflecting member is made of metal or the like, an improvement in static electricity resistance can be expected.
The reflecting member can be produced, for example, by press molding using a desired mold. According to press molding, processing with high dimensional accuracy is possible.
[0017]
(Sealing member)
The sealing member is a member formed so as to cover the light emitting element, and is provided mainly for the purpose of protecting the light emitting element from the external environment. As a material for the sealing member, it is preferable to employ a material that is transparent to the light of the light emitting element and is excellent in durability, weather resistance, and the like. For example, an appropriate material can be selected from silicone (including silicone resin, silicone rubber, and silicone elastomer), epoxy resin, urea resin, glass and the like in relation to the emission wavelength of the light emitting element. When the light emitted from the light-emitting element includes light in a short wavelength region, ultraviolet degradation is a problem. Therefore, it is preferable to employ a material having high resistance to ultraviolet degradation such as silicone.
As the material of the sealing member, an appropriate material is adopted in consideration of light transmittance of the light emitting element, hardness in a cured state, ease of handling, and the like.
The sealing member can be provided so that a plurality of layers made of different materials are stacked on the light emitting element.
[0018]
A phosphor can also be contained in the sealing member. By using the phosphor, part of light from the light emitting element can be converted into light having a different wavelength, and the emission color of the light emitting device can be changed or corrected. Any phosphor can be used as long as it can be excited by light from the light emitting element, and the light emission color, durability, and the like of the light emitting device are taken into consideration in the selection. The phosphor may be uniformly dispersed in the sealing member or may be localized in a part of the region. For example, by localizing the phosphor in the vicinity of the light emitting element, the light emitted from the light emitting element can be efficiently irradiated onto the phosphor.
[0019]
A plurality of types of phosphors can be combined and contained in the sealing member. In this case, a phosphor that emits light when excited by light from the light emitting element and a phosphor that emits light when excited by light from the phosphor can be used in combination.
A light diffusing material can be contained in the sealing member to promote the diffusion of light within the sealing member, thereby reducing light emission unevenness. In particular, in a configuration using a phosphor as described above, such a light diffusing material is used in order to promote color mixing between light from the light emitting element and light from the phosphor and reduce unevenness in the emission color. preferable.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail using an SMD type LED which is an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a plan view of the LED 1 of the embodiment. 2 is a side view in the direction of arrow A in FIG. 1, and similarly, FIG. 3 is a side view in the direction of arrow B.
The LED 1 is generally composed of a mount substrate 10a, a light emitting element 20, and a reflector 30. Note that a Zener diode (not shown) is built in the LED 1 for electrostatic withstand voltage.
[0021]
The light emitting element 20 is a group III nitride compound semiconductor light emitting element. The configuration is schematically shown in FIG. The light-emitting element 20 has a configuration in which a plurality of semiconductor layers are stacked on a sapphire substrate 21 and has a main emission peak wavelength in the vicinity of 480 nm. The specifications of each layer of the light emitting element 20 are as follows.

[0022]
An n-type layer 23 made of GaN doped with Si as an n-type impurity is formed on the substrate 21 via a buffer layer 22. Here, sapphire is used for the substrate 21, but the substrate 21 is not limited to this. Sapphire, spinel, silicon carbide, zinc oxide, magnesium oxide, manganese oxide, zirconium boride, group III nitride compound semiconductor single crystal Etc. can be used. Further, the buffer layer is formed by MOCVD using AlN, but is not limited to this, and GaN, InN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, etc. can be used as the material, and molecular beam crystal growth is used as the manufacturing method. A method (MBE method), a halide vapor phase epitaxy method (HVPE method), a sputtering method, an ion plating method, an electron shower method, or the like can be used. When a group III nitride compound semiconductor is used as the substrate, the buffer layer can be omitted.
Further, the substrate and the buffer layer can be removed as necessary after the semiconductor element is formed.
Here, the n-type layer 23 is formed of GaN, but AlGaN, InGaN, or AlInGaN can be used.
In addition, the n-type layer 23 is doped with Si as an n-type impurity, but Ge, Se, Te, C, or the like can also be used as an n-type impurity.
The layer 24 including the light emitting layer may include a quantum well structure (multiple quantum well structure or single quantum well structure), and the light emitting element has a single hetero type, a double hetero type, and a homojunction. It may be of a type.
[0023]
The layer 24 including the light emitting layer may include a group III nitride compound semiconductor layer having a wide band gap doped with Mg or the like on the p-type layer 25 side. This is to effectively prevent the electrons injected into the layer 24 including the light emitting layer from diffusing into the p-type layer 25.
A p-type layer 25 made of GaN doped with Mg as a p-type impurity is formed on the layer 24 including the light-emitting layer. The p-type layer 25 may be AlGaN, InGaN, or InAlGaN, and Zn, Be, Ca, Sr, or Ba may be used as the p-type impurity. After introducing the p-type impurity, the resistance can be lowered by a known method such as electron beam irradiation, heating in a furnace, or plasma irradiation.
In the light emitting device having the above-described configuration, each group III nitride compound semiconductor layer is formed by performing MOCVD under general conditions, a molecular beam crystal growth method (MBE method), a halide vapor phase epitaxy method (HVPE method). ), A sputtering method, an ion plating method, an electron shower method, or the like.
[0024]
The n-electrode 28 is composed of two layers of Al and V. After forming the p-type layer 25, the p-type layer 25, the layer 24 including the light-emitting layer, and a part of the n-type layer 23 are removed by etching. It is formed by vapor deposition on the exposed n-type layer 23.
The translucent electrode 26 is a thin film containing gold and is stacked on the p-type layer 25. The p-electrode 27 is also made of a material containing gold and is formed on the translucent electrode 26 by vapor deposition. After forming each layer and each electrode by the above process, the separation process of each chip is performed.
A reflective layer made of Al, Ag, titanium nitride, hafnium nitride, zirconium nitride, tantalum nitride, or the like may be formed on the back surface of the substrate 21 (the surface on which the semiconductor layer is not formed). By providing the reflective layer, light directed toward the substrate 21 can be efficiently reflected and converted in the extraction direction, and the light extraction efficiency can be improved. Such a reflective layer can be formed by a known method such as vapor deposition of a forming material.
[0025]
The reflector 30 is obtained by forming a steel plate into a desired shape by press forming and then performing Sn plating on the surface. As shown in FIGS. 1 to 3, the reflector 30 has a mortar-shaped space (cup-shaped portion 31) at the center, and is bent toward the back side in a cono-like shape at a pair of opposite edges. Two joint portions 32 are provided. Here, if the reflector 30 is manufactured by press working, the dimensional accuracy is improved, and a predetermined gap 40 is provided between the lower portion of the cup-shaped portion 31 of the reflector 30 and the mount substrate 10a as shown in FIGS. The reflector 30 can be fixed in a state where is formed. Therefore, it is not necessary to separately prepare components for preventing a short circuit due to contact between the reflector 30 and the conductive pattern on the surface of the substrate 10a.
[0026]
LED1 is manufactured as follows using the light emitting element 20 and the reflector 30 of the above structure. First, as shown in FIG. 4, a plurality of substrates 10 are prepared, and a predetermined conductive pattern 11 is formed in each of the partitions 10a. FIG. 5 is an enlarged view of a section 10 a of the substrate 10 after the conductive pattern 11 is formed. The hatched portion represents the conductive pattern 11.
Subsequently, as shown in FIG. 6, the silicon oxide is coated so as to cover the conductive pattern 11 in all regions except the region 13 where the light emitting element 20 is mounted, the region 14 for connecting the reflector 30 and the region 15 for external terminals. An insulating layer 12 is formed. FIG. 6 is an enlarged view of a section 10a of the substrate 10 after the insulating layer 12 is formed. The hatched portion in the figure represents the insulating layer 12, and reference numeral 16 represents the connection position of the reflector 30.
[0027]
Next, solder is printed on the four regions 14 where the conductive pattern 11 is exposed in a rectangular shape by a reflow method. Subsequently, the reflector 30 is mounted such that each joint portion 32 is positioned on the corresponding solder bump. In this state, heat treatment is performed to once melt the solder. As a result, each joint 32 of the reflector 30 is electrically connected to the conductive pattern 11 via the solder. After the reflector 30 is fixed in this way, the light emitting element 20 is fixed by a paste material containing a metal at substantially the center of the region 13 where the conductive pattern 11 is exposed in a circular shape. Then, each electrode of the light emitting element 20 is connected to a region of the conductive pattern 11 having a corresponding potential using a lead wire.
[0028]
After fixing the reflector 30 and the light emitting element 20 as described above, the light-transmitting resin prepared in a liquid state is dropped onto the cup-shaped portion 31 of the reflector 30 to perform sealing. Finally, the substrate 10 is cut along a cutting line 19 (see FIG. 4) to obtain the LED 1.
[0029]
In the above manufacturing method, the light emitting element 20 is fixed after the reflector 30 is fixed. However, the light emitting element 20 can be fixed first. In addition, when a so-called flip-chip type light-emitting element that is mounted with its electrode side down is employed, the light-emitting element can be fixed by soldering in the same manner as the reflector. According to this method, the reflector and the light emitting element can be fixed simultaneously, and the manufacturing process is further simplified.
[0030]
Ten LEDs 1 manufactured by the above method were selected at random, and the heat dissipation characteristics of the LEDs 1 were examined using these. As a result, the thermal resistance of the LED 1 was an average of about 200 ° C./W, which was 1/2 or less that of a conventional product using a resin reflector. That is, it was confirmed that the heat dissipation characteristics of the LED 1 are greatly improved. On the other hand, the static electricity resistance of LED1 was examined. LED1 was 3kv or more under the 150 ohm contact discharge condition and 10kv or more under the air discharge condition. Compared with the conventional product (several hundreds volts under both conditions). Greatly improved electrostatic resistance.
[0031]
The present invention is not limited to the description of the embodiments of the invention described above, and various modifications are included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims. .
[0032]
【The invention's effect】
In the light emitting device including the reflector, since the reflector is fixed to the substrate with solder, the reflector can be easily fixed with high accuracy. As a result, a highly reliable light-emitting device can be manufactured by a simple manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an LED 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view in the direction of arrow A in FIG.
FIG. 3 is a side view in the direction of arrow B in FIG. 1;
FIG. 4 is a plan view showing a substrate 10 used for manufacturing the LED 1;
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a section 10a of the substrate 10 after the conductive pattern 11 is formed.
FIG. 6 is an enlarged plan view showing a section 10a of the substrate 10 after the insulating layer 12 is formed.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the light emitting element 20;
[Explanation of symbols]
1 LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 10a Mount substrate 11 Conductive pattern 12 Insulating layer 20 Light emitting element 30 Reflector 31 Cup-shaped part 32 Joint part

Claims

A light emitting element;
A substrate on which the light emitting element is mounted, the substrate including a conductive pattern formed on a surface, and an insulating layer formed on the conductive pattern except for a part of the region;
A reflective member having a reflective surface for reflecting light emitted laterally from the light emitting element, a part of which is connected via solder to the region where the insulating layer is not formed on the conductive pattern Members,
A light emitting device comprising:

The light emitting device according to claim 1, wherein the reflecting member is made of a metal or an alloy.

The light emitting device according to claim 1, wherein the surface of the reflecting member is plated with a material containing tin (Sn), nickel (Ni), or chromium (Cr).

A method of manufacturing a light emitting device comprising a substrate, a light emitting element mounted on the substrate, and a reflective member,
Forming a conductive pattern on the substrate;
Forming an insulating layer on the conductive pattern that exposes a first region necessary for electrical connection with the light emitting element and a second region necessary for connection with the reflective member;
Forming solder bumps on the second region;
Mounting a reflective member such that a part of the solder bump contacts the solder bump;
Melting the solder bumps by heat treatment to electrically connect the part of the reflective member and the conductive pattern;
Mounting a light emitting element on the first region, and electrically connecting an electrode of the light emitting element and the conductive pattern;
A production method comprising:

A method of manufacturing a light emitting device comprising a substrate, a light emitting element mounted on the substrate, and a reflective member,
Forming a conductive pattern on the substrate;
Forming an insulating layer on the conductive pattern that exposes a first region necessary for electrical connection with the light emitting element and a second region necessary for connection with the reflective member;
Forming solder bumps on the first region and the second region;
Mounting a light emitting element such that each electrode contacts the solder bump on the first region;
Mounting the reflecting member so that a part of the solder bumps on the second region is in contact with the solder bumps, and melting the solder bumps on the first region and the second region by heat treatment to emit the light; Electrically connecting each of the electrodes of the element and the part of the reflecting member and the conductive pattern;
A production method comprising: