JP5745784B2 - 発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、基板上に発光素子を実装し、その上を樹脂体で封止して形成される発光ダイオードに関するものである。

従来、発光ダイオードは、基板上に所定パターンによる電極を形成し、この電極に発光素子をダイボンドあるいはワイヤボンドによって実装した後、透光性を有した樹脂体によって封止して形成される（特許文献１，２）。

特許文献１に記載の発光ダイオードは、一対の電極パターンが形成された基板と、前記電極パターン上にハンダバンプを介してフリップチップ実装される発光素子と、この発光素子を封止する樹脂体とを有して構成されている。前記発光素子は、裏面側に反射層及び一対の素子電極を備え、この一対の素子電極が対応する前記一対の電極パターンにハンダバンプを介して載置された後、リフロー処理によって導通接続されている。

また、特許文献２には、一対の素子電極のうち、一方の素子電極が基板の中央部に設けられ、他方の素子電極が絶縁領域を隔てた基板の外周部に設けられる等、実装する基板の電極パターンに対応するような位置や形状を備えた発光素子が示されている。

前記発光素子は、ＰＮ接合層から直接樹脂体を通して外部に発せられる光、あるいは、基板の表面で反射され、樹脂体を通して外部に発せられる光とによって所定の明るさを得ている。

特開平１１−１６８２３５号公報 実開平４−１０３６６６号公報

上記特許文献１に記載の発光ダイオードは、発光素子の裏面に反射層を設け、この反射層を下にして基板上に載置することで、基板上での反射効率のアップを図っている。

しかしながら、前記発光素子は、裏面側に設けられている素子電極と基板の電極パターンとがハンダバンプを介して実装されているため、このハンダバンプの厚み分だけ基板から浮いた状態となっている。このため、発光素子の反射層と基板面との間に隙間が生じることとなり、反射率が低下する場合がある。

また、前記基板上で反射率の高いのは、金や銅などで形成されている電極パターンの表面であるが、この電極パターンは基板上に複数形成されるため、基板が露出した樹脂面を挟んで形成する必要がある。前記樹脂面は電極パターン面に比べて反射率が低いため、全体の反射率の低下や反射ムラが生じるといった問題がある。

さらに、前記電極パターンは、導電性のよい金や銅などが一般に用いられるが、導電性を有し、反射率も高い銀などは高電圧をかけるとマイグレーションが発生するおそれがある。このため、配線密度が高く、微細加工を有する電極パターンには用いることができなかった。

そこで、本発明の目的は、発光素子が実装される基板の上面全体を均一な反射面にすると共に、発光素子から発せられる光の基板面での反射効率を高めることのできる発光ダイオードを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、基板と、該基板の上面を被覆する導電部材で形成された表面反射層と、該表面反射層の一部が取り除かれて前記基板の上面の一部が露出する素子実装面と、一対の素子電極及びこの一対の素子電極を除く下面全体に反射膜が設けられ、前記素子実装面に載置される発光素子と、該発光素子を前記基板上に封止する透光性を有する樹脂体とを備え、前記発光素子の平面形状が素子実装面より大きく形成されており、前記発光素子の下面の外周部が素子実装面外周の前記表面反射層に密着載置され、前記発光素子の下面によって前記素子実装面を覆うと共に、前記一対の素子電極が基板に設けられたスルーホールを介して基板の裏面側に形成された一対の基板電極にそれぞれ電気的に接続されている
ことを特徴とする。

また、前記発光素子の下面には中央部と外周部にそれぞれ素子電極が設けられ、中央部の素子電極が前記素子実装面に形成された基板電極に電気的に接続され、外周部の素子電極が導電性を有する前記表面反射層に電気的に接続されることを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードによれば、実装配置された発光素子を中心とした基板の表面全体が均一な反射面となっていると共に、前記発光素子の裏面に形成されている反射膜が基板の表面に形成されている表面反射層上に密着されるので、発光素子から発せられる光を効率よく反射させて全体の輝度アップを図ることができる。

また、前記表面反射層を一方の基板電極の一部として利用する場合にあっては、この表面反射層に反射率の高い金属部材を用いて形成することができるため、高反射作用を有した高輝度の発光ダイオードを得ることができる。

第１実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 第１実施形態の発光ダイオードの断面図である。 第１実施形態の発光素子を裏面側からみた平面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 反射膜の外周部に厚みを有した発光素子で構成された発光ダイオードの断面図である。 第１実施形態の発光ダイオードの反射作用を示す作用図である。 第２実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。 第２実施形態の発光ダイオードにおける第１の発光素子を裏面側からみた平面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態の発光ダイオードにおける第２の発光素子を裏面側からみた平面図である。 第３実施形態の発光ダイオードの斜視図である。 第３実施形態の発光ダイオードの断面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態の発光ダイオード１１は、表面側に表面反射層１３、表面から裏面側にかけて一対の基板電極１４ａ，１４ｂが形成された基板１２と、該基板１２の表面に実装され、前記一対の基板電極１４ａ，１４ｂと電気的に接続される発光素子１５と、該発光素子１５を表面反射層１３の上に封止する透光性を有した透明又は半透明の樹脂体１６とによって構成される。

前記基板１２は、一般的なエポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料で構成され、上面に表面反射層１３が被覆形成される。また、前記表面反射層１３には、表面の略中央の一部が矩形状あるいは円形状に取り除かれ、基板１２の一部が露出する素子実装面１７が設けられている。この素子実装面１７は、発光素子１５の平面形状よりも一回り小さく形成され、基板１２の表面から裏面にかけて一対のスルーホール１８ａ，１８ｂが設けられる。このスルーホール１８ａ，１８ｂは、図３（ａ）に示すように、実装される発光素子１５の裏面側に有する一対の素子電極１９ａ，１９ｂの位置に合わせて形成され、上端面が前記素子電極１９ａ，１９ｂとハンダ接合される電極パッド２３面となっている。前記スルーホール１８ａ，１８ｂは、基板１２の裏面にパターン形成されている一対の基板電極１４ａ，１４ｂにそれぞれ導通接続される。

前記発光素子１５は、平面形状が前記素子実装面１７より大きく形成されており、図３（ｂ）に示すように、四角形状のベース２４上にｎ層２５及びｐ層２６からなるＰＮ接合層２１を有している。前記ｎ層２５には素子電極１９ａ、ｐ層２６には素子電極１９ｂが設けられると共に、前記ｐ層２６上にはＳｉＯ２等による透明で絶縁性を有した透明絶縁膜２７を介して反射膜２０が被膜形成される。反射膜２０は、前記透明絶縁膜２７上に少なくとも素子電極１９ａと導通しないように離間させてＡｌやＡｇの蒸着膜で被覆されている。なお、前記反射膜２０は、絶縁性を有した白色系に樹脂材であっても反射効果を得ることができる。前記素子電極１９ａ，１９ｂは、一方がアノード、他方がカソードであり、前述したように、前記素子実装面１７上の一対のスルーホール１８ａ，１８ｂと対応している。この発光素子１５は、前記ＰＮ接合層２１から最も強い光を発する。このＰＮ接合層２１から発せられる光による照射範囲は、発光素子１５を中心とした基板１２の表面全面に及ぶ。

図２に示したように、前記発光素子１５は、一対のスルーホール１８ａ，１８ｂの電極パッド２３面上にハンダバンプ２２を介して対応する素子電極１９ａ，１９ｂが載置される。このとき、発光素子１５の反射膜２０の外周部２０ａは、素子実装面１７の外周部を覆うようにして表面反射層１３上に密着配置される。

前記表面反射層１３が一定の厚みを有することで、前記素子実装面１７との間に段差が生じ、この段差内で素子電極１９ａ，１９ｂとスルーホール１８ａ，１８ｂとをハンダバンプ２２によって導通接続されると共に、発光素子１５を基板１２上に固定させることができる。このため、前記発光素子１５の反射膜２０と表面反射層１３との間に隙間が生じなくなり、光漏れによる反射率の低下を防止することができる。

また、図３（ｂ），図４に示したように、前記反射膜２０の外周部２０ａを中央部よりも厚く形成することによって、ハンダバンプ２２を含む接合高さ幅を十分に確保することができる。これによって、表面反射層１３からの浮き上がりや剥離等が生じなくなり、より確実に反射膜２０を表面反射層１３に密着載置させることができる。

図１及び図２に示したように、前記発光素子１５が実装されることによって、スルーホール１８ａ，１８ｂが設けられている素子実装面１７が完全に隠れ、この発光素子１５を中心とした周囲全体が一枚の均一な表面反射層１３となる。この表面反射層１３は、光反射率の高い板状あるいは膜状の金属部材や鏡面加工した部材が用いられる。本実施形態では、表面反射層が電極となっていないため導電性は必要ないが、金メッキ、銀メッキ、銅メッキ等の金属部材を用いることで、高い反射効果が得られる。特に、銀メッキは反射率の点で最も優れている。

図５に示すように、前記発光素子１５のＰＮ接合層２１から下方に向けて発せられた光は、素子実装面１７上を覆う発光素子１５の反射膜２０で反射されると共に、反射膜２０の外周部と密着された表面反射層１３上でさらに上方に向けて反射させることができる。また、前記ＰＮ接合層２１から水平あるいは上方に向けて発せられる光は、そのまま樹脂体１６を通して外部に放射させることができるので、前記表面反射層１３で反射された光と合わせて全体の発光輝度を大幅に向上させることができる。

図６及び図７は本発明の第２実施形態の発光ダイオード３１を示したものである。この発光ダイオード３１は、図８（ａ）に示すように、素子電極３９ａ，３９ｂが裏面の中央部と外周部に有する構造の発光素子３５に適用させて形成されたものである。この発光素子３５は、裏面の中央部に第１素子電極３９ａが設けられ、四隅の角部に共通の第２素子電極３９ｂを有している。

前記発光素子３５は、平面形状が前記素子実装面３７より大きく形成されており、図８（ｂ）に示すように、四角形状のベース４４上にｎ層４５及びｐ層４６からなるＰＮ接合層４１を有し、ｎ層４５から素子電極３９ａ、ｐ層４６から素子電極３９ｂが設けられると共に、前記ｐ層４６上にはＳｉＯ２等による透明で絶縁性を有した透明絶縁膜４７を介して反射膜４０が被膜形成される。反射膜４０は、前記透明絶縁膜２７上に少なくとも素子電極３９ａと導通しないように離間させてＡｌやＡｇの蒸着膜で被覆されている。また、反射膜４０に絶縁性を有した白色系の樹脂材を用いてもよい。

上記第１実施形態の発光ダイオード１１と同様に、発光素子３５が載置される表面反射層３３の略中央部に基板３２を露出させた矩形状の素子実装面３７が設けられ、この素子実装面３７に基板３２の裏面側に通じる第１スルーホール３８ａが形成される。この第１スルーホール３８ａの上端には、電極パッド２３が設けられ、この電極パッド２３上にハンダバンプ２２を介して発光素子１５の第１素子電極３９ａが導通接続され、基板３２の裏面に一端に向けて延びる外部電極３４ａに導通接続される。前記発光素子３５は、前記素子実装面３７を覆うように、反射膜４０が形成されている裏面の平面形状が前記素子実装面３７より大きく形成されている。

前記表面反射層３３は、金メッキ、銅メッキあるいは銀メッキからなる導電部材によって形成される。この表面反射層３３は、前記外部電極３４ａが延びる方向とは反対側の表面から第２スルーホール３８ｂを介して基板３２の裏面側に形成されている第２外部電極３４ｂに電気的に接続される。

図６及び図７に示したように、発光素子３５は、素子実装面３７を覆うように表面反射層３３上に載置され、第１素子電極３９ａと第１スルーホール３８ａの上面とをハンダバンプによって導通接続される。一方、第２素子電極３９ｂは、素子実装面３７の外周に沿って表面反射層３３上に載置することで、第２スルーホール３８ｂを経て第２外部電極３４ｂとの電気的接続が図られる。

第１実施形態と同様に、前記表面反射層３３の厚みや発光素子３５の反射膜４０の外周部に厚みを設けることで、ハンダバンプによって第１素子電極３９ａと第２スルーホール３８ａを接続させるための高さスペースを確保することができる。これによって、発光素子３５が基板３２上に載置された状態で、第１素子電極３９ｂと導電部材で形成されている表面反射層３３との電気的接続が図られる。

この第２実施形態の発光ダイオード３１では、表面反射層３３が基板電極の一部となるため、導電部材で形成される。このような導電部材として、導電性が良好な金メッキや銅メッキの他に、反射率の優れた銀メッキが使用される。この銀メッキについては、高電圧をかけることによってマイグレーションが起きやすいが、他方の第２素子電極３９ａとは素子実装面３７を隔てて分離しているため、ショート等を起こすおそれがない。

上記発光素子３５の他に、図９に示すような素子電極構造を有する発光素子３５ａも使用することができる。この発光素子３５ａは、裏面の中央部が第１素子電極３９ａで、外周面に沿って連続する部分が第２素子電極３９ｂとなっている。前記発光素子３５，３５ａは、第１及び第２の素子電極３９ａ，３９ｂを除いた裏面全体に反射膜４０が形成される。なお、前記発光素子３５ａの構造は、上記図８（ｂ）で示した構造と同様であるので説明は省略する。

図１０及び図１１は、基板５２上に表面反射層５３と、外部電極５４ａ，５４ｂの一部が形成された第３実施形態の発光ダイオード５１を示したものである。前記表面反射層５３の中央部には第１及び第２のスルーホール５８ａ，５８ｂが形成され、基板５２の両サイドの裏面側から側面を経て上面に回り込む外部電極５４ａ，５４ｂにそれぞれ導通接続されている。発光素子５５は第１実施形態と同様に裏面側に反射膜６０と、この反射膜６０から前記第１及び第２のスルーホール５８ａ，５８ｂにハンダバンプ２２を介して導通接続される第１及び第２の素子電極５９ａ，５９ｂを有して形成されている。

前記基板５２には、表面反射層５３と一対の外部電極５４ａ，５４ｂとを隔てるため、基板５２の樹脂面を露出させた隔離溝６３が形成される。樹脂体５６は、前記隔離溝６３を含む表面反射層５３の外周部に沿って成形される。このように、隔離溝６３を含んだ平面領域上に樹脂体５６を成形することで、表面反射層５３を外部電極５４ａ，５４ｂから電気的に絶縁分離できるので、表面反射層５３を反射率の高い金、銀、銅などの導電性メッキによって形成することが可能となる。また、銀メッキを使用した場合であっても、前記隔離溝６３によって、銀特有のマイグレーションが発生した場合でも、外部電極５４ａ，５４ｂとショートするようなおそれがない。さらに、前記隔離溝６３によって露出した基板５２の表面に樹脂体５６の外周部の一部が接合されることで、発光素子５５からの発光漏れが生じないように完全に密封封止することができる。

以上、説明したように、本発明に係る発光ダイオードによれば、樹脂体で封止される基板の表面全体が発光素子を中心とした一枚の連続した表面反射層によって形成することができる。これによって、発光素子から発せられる光の反射効率がアップすると共に、発光ムラが生じなくなる。また、発光素子を駆動させるために設けられる一対の基板電極と前記表面反射層とを分離できる他、前記表面反射層を一方の基板電極の一部として利用するなどの形態をとることが可能であり、いずれの場合であっても、表面反射層に反射率の高い金属部材を用いて形成することができるため、高反射作用を有した高輝度の発光ダイオードを得ることができる。

１１ 発光ダイオード
１２ 基板
１３ 表面反射層
１４ａ，１４ｂ 基板電極
１５ 発光素子
１６ 樹脂体
１７ 素子実装面
１８ａ，１８ｂ スルーホール
１９ａ，１９ｂ 素子電極
２０ 反射膜
２０ａ 外周部
２１ ＰＮ接合層
２２ ハンダバンプ
２３ 電極パッド
２４ ベース
２５ ｎ層
２６ ｐ層
２７ 透明絶縁膜
３１ 発光ダイオード
３２ 基板
３３ 表面反射層
３４ａ，３４ｂ 基板電極
３５ 発光素子
３６ 樹脂体
３７ 素子実装面
３８ａ，３８ｂ スルーホール
３９ａ，３９ｂ 素子電極
４０ 反射膜
４１ ＰＮ接合層
４４ ベース
４５ ｎ層
４６ ｐ層
４７ 透明絶縁膜

Claims (4)

1. 基板と、該基板の上面を被覆する導電部材で形成された表面反射層と、
   該表面反射層の一部が取り除かれて前記基板の上面の一部が露出する素子実装面と、
   一対の素子電極及びこの一対の素子電極を除く下面全体に反射膜が設けられ、前記素子実装面に載置される発光素子と、
   該発光素子を前記基板上に封止する透光性を有する樹脂体とを備え、
   前記発光素子の平面形状が素子実装面より大きく形成されており、前記発光素子の下面の外周部が素子実装面外周の前記表面反射層に密着載置され、前記発光素子の下面によって前記素子実装面を覆うと共に、前記一対の素子電極が基板に設けられたスルーホールを介して基板の裏面側に形成された一対の基板電極にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記反射膜は、前記表面反射層の上面に載置される外周部分が他の部分より厚く形成されている請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記表面反射層は銀メッキによって形成される請求項１に記載の発光ダイオード。
4. 前記樹脂体は、前記表面反射層で被覆されている領域を囲うようにして前記基板上に形成される請求項１に記載の発光ダイオード。

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