JPH11284234A - 発光装置 - Google Patents
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- JPH11284234A JPH11284234A JP8457498A JP8457498A JPH11284234A JP H11284234 A JPH11284234 A JP H11284234A JP 8457498 A JP8457498 A JP 8457498A JP 8457498 A JP8457498 A JP 8457498A JP H11284234 A JPH11284234 A JP H11284234A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】各種インジケータ、ディスプレイ、光プリンタ
ーの書き込み光源やバックライト用光源などに利用可能
なＬＥＤチップを用いた発光装置に係わり、特にＬＥＤ
チップからの光取り出し効率をより向上させた発光装置
を提供することにある。 【解決手段】平滑な凹部を有するパッケージの底面にＬ
ＥＤチップが配置された発光装置において、ＬＥＤチッ
プ周囲の底面上に光散乱層と、凹部内にＬＥＤチップを
保護する透光性封止樹脂とを有する発光装置である。
ーの書き込み光源やバックライト用光源などに利用可能
なＬＥＤチップを用いた発光装置に係わり、特にＬＥＤ
チップからの光取り出し効率をより向上させた発光装置
を提供することにある。 【解決手段】平滑な凹部を有するパッケージの底面にＬ
ＥＤチップが配置された発光装置において、ＬＥＤチッ
プ周囲の底面上に光散乱層と、凹部内にＬＥＤチップを
保護する透光性封止樹脂とを有する発光装置である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は各種インジケータ、
ディスプレイ、光プリンターの書き込み光源やバックラ
イト用光源などに利用可能なＬＥＤチップを用いた発光
装置に係わり、特にＬＥＤチップからの光取り出し効率
をより向上させた発光装置を提供することにある。
ディスプレイ、光プリンターの書き込み光源やバックラ
イト用光源などに利用可能なＬＥＤチップを用いた発光
装置に係わり、特にＬＥＤチップからの光取り出し効率
をより向上させた発光装置を提供することにある。
【０００２】
【従来技術】今日、種々の光源として利用されているも
のの一つにＬＥＤチップが挙げられる。ＬＥＤチップは
半導体発光素子であり玉切れがなく、ON/OFF駆動特性に
優れている。また、低消費電力であり、単色性ピーク波
長を持つため種々の分野に利用されている。このような
ＬＥＤチップは通常、約３００μｍ角程度と極めて小さ
い。そのため搭載基板への配置、電気的接続など取扱い
易さや光利用効率を向上させる目的などから、外部との
導通が可能なリード電極が埋め込まれたパッケージ内部
にＬＥＤチップを配置させたチップタイプＬＥＤなどが
利用されている。
のの一つにＬＥＤチップが挙げられる。ＬＥＤチップは
半導体発光素子であり玉切れがなく、ON/OFF駆動特性に
優れている。また、低消費電力であり、単色性ピーク波
長を持つため種々の分野に利用されている。このような
ＬＥＤチップは通常、約３００μｍ角程度と極めて小さ
い。そのため搭載基板への配置、電気的接続など取扱い
易さや光利用効率を向上させる目的などから、外部との
導通が可能なリード電極が埋め込まれたパッケージ内部
にＬＥＤチップを配置させたチップタイプＬＥＤなどが
利用されている。
【０００３】具体的には図４の如く、ＬＥＤチップ４０
３を外部から保護する外囲器として液晶ポリマ中にリー
ド電極４０５が埋め込まれたパッケージ４０７が用いら
れている。パッケージ４０７には凹部があり、内部にリ
ード電極４０５の一部が露出してある。露出したリード
電極４０５の一部と、パッケージ内部にダイボンド樹脂
４０６で固定されたＬＥＤチップ４０３の電極とは金線
４０４などによって電気的導通が取られている。パッケ
ージ４０７の凹部内にはＬＥＤチップ４０３を保護する
ために透光性エポキシ樹脂４０２で被覆されてある。こ
うして形成されたチップタイプＬＥＤ４００に電流を供
給すると、ＬＥＤチップ４０３が発光し、ＬＥＤチップ
４０３から透光性封止材４０２を介してチップタイプＬ
ＥＤ４００の外部へ直接、或いは一旦パッケージの底面
や側面に反射してパッケージの外部へ光が放出される。
３を外部から保護する外囲器として液晶ポリマ中にリー
ド電極４０５が埋め込まれたパッケージ４０７が用いら
れている。パッケージ４０７には凹部があり、内部にリ
ード電極４０５の一部が露出してある。露出したリード
電極４０５の一部と、パッケージ内部にダイボンド樹脂
４０６で固定されたＬＥＤチップ４０３の電極とは金線
４０４などによって電気的導通が取られている。パッケ
ージ４０７の凹部内にはＬＥＤチップ４０３を保護する
ために透光性エポキシ樹脂４０２で被覆されてある。こ
うして形成されたチップタイプＬＥＤ４００に電流を供
給すると、ＬＥＤチップ４０３が発光し、ＬＥＤチップ
４０３から透光性封止材４０２を介してチップタイプＬ
ＥＤ４００の外部へ直接、或いは一旦パッケージの底面
や側面に反射してパッケージの外部へ光が放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＬＥＤチップ４０３が
発光した光の内、パッケージ４０７の凹部底面側に向か
った光は、平滑な金属リード電極４０５や平滑なパッケ
ージの底面により反射され透光性エポキシ樹脂４０２を
介して発光装置の外部に効率よく取り出される。
発光した光の内、パッケージ４０７の凹部底面側に向か
った光は、平滑な金属リード電極４０５や平滑なパッケ
ージの底面により反射され透光性エポキシ樹脂４０２を
介して発光装置の外部に効率よく取り出される。
【０００５】しかしながら、低消費電力でより高い光取
り出し効率が求められる今日においては、上記構成の発
光装置では十分ではなく更なる光取りだし効率の向上が
求められている。したがって、本発明は上記問題点を解
消し、より光取りだし効率の高い発光装置を形成したも
のである。
り出し効率が求められる今日においては、上記構成の発
光装置では十分ではなく更なる光取りだし効率の向上が
求められている。したがって、本発明は上記問題点を解
消し、より光取りだし効率の高い発光装置を形成したも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は平滑な凹部を有
するパッケージの底面にＬＥＤチップが配置された発光
装置において、ＬＥＤチップ周囲の凹部底面上に配置さ
れた光散乱層と、凹部内にＬＥＤチップを保護する透光
性封止材を有するものである。この比較的簡単な構成に
よって、ＬＥＤチップから放出された光を効率よく前面
に反射するパッケージ底面やリード電極の表面と、透光
性封止材により全反射された光を散乱・拡散させ効率的
に外部に取り出す光散乱層とに機能分離させる。これに
より発光装置からの光取りだし効率を高めるものであ
る。即ち、ＬＥＤチップから放出される光は本来鏡面状
が反射率が高い。しかしながら、透光性封止材によりＬ
ＥＤチップからの光が全反射され閉じ込められるものが
ある。本発明は、ＬＥＤチップの真下方向は平坦な反射
面とすると共に透光性樹脂によって全反射される光を光
散乱層で散乱・拡散させたものである。
するパッケージの底面にＬＥＤチップが配置された発光
装置において、ＬＥＤチップ周囲の凹部底面上に配置さ
れた光散乱層と、凹部内にＬＥＤチップを保護する透光
性封止材を有するものである。この比較的簡単な構成に
よって、ＬＥＤチップから放出された光を効率よく前面
に反射するパッケージ底面やリード電極の表面と、透光
性封止材により全反射された光を散乱・拡散させ効率的
に外部に取り出す光散乱層とに機能分離させる。これに
より発光装置からの光取りだし効率を高めるものであ
る。即ち、ＬＥＤチップから放出される光は本来鏡面状
が反射率が高い。しかしながら、透光性封止材によりＬ
ＥＤチップからの光が全反射され閉じ込められるものが
ある。本発明は、ＬＥＤチップの真下方向は平坦な反射
面とすると共に透光性樹脂によって全反射される光を光
散乱層で散乱・拡散させたものである。
【０００７】本発明の請求項２に記載の発光装置は、光
散乱層の実質的な厚みがＬＥＤチップの凹部底面上から
発光層まで高さよりも薄いものである。これにより、発
光層の端部より放出される発光輝度を低下させることが
ない。また、臨界反射される光を選択して外部取りだし
効率を高めることができる。
散乱層の実質的な厚みがＬＥＤチップの凹部底面上から
発光層まで高さよりも薄いものである。これにより、発
光層の端部より放出される発光輝度を低下させることが
ない。また、臨界反射される光を選択して外部取りだし
効率を高めることができる。
【０００８】本発明の請求項３に記載の発光装置は、光
散乱層がＬＥＤチップの発光色と略同一に着色している
ものである。これにより、パッケージ内においてＬＥＤ
チップが点状に発光することがない。つまり、非点灯時
と同様に点灯時においても開口部全体にＬＥＤチップが
配置されている如く発光部をより大きく観測することが
できる。
散乱層がＬＥＤチップの発光色と略同一に着色している
ものである。これにより、パッケージ内においてＬＥＤ
チップが点状に発光することがない。つまり、非点灯時
と同様に点灯時においても開口部全体にＬＥＤチップが
配置されている如く発光部をより大きく観測することが
できる。
【０００９】本発明の請求項４に記載の発光装置は、Ｌ
ＥＤチップがサファイア基板上に活性層を介してダブル
へテロ構造とした窒化物半導体からなるものである。こ
れによって、光取りだし効率を飛躍的に向上させ得る発
光装置とすることができる。
ＥＤチップがサファイア基板上に活性層を介してダブル
へテロ構造とした窒化物半導体からなるものである。こ
れによって、光取りだし効率を飛躍的に向上させ得る発
光装置とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、Ｌ
ＥＤチップが配置されるパッケージの底面にＬＥＤチッ
プからの光を散乱させる光散乱層を配置することによっ
て発光効率が急激に良くなることを見出し本発明を成す
に至った。
ＥＤチップが配置されるパッケージの底面にＬＥＤチッ
プからの光を散乱させる光散乱層を配置することによっ
て発光効率が急激に良くなることを見出し本発明を成す
に至った。
【００１１】即ち、本発明はＬＥＤチップから放出され
る光の行路によって発光装置の構造を変えることにより
光取りだし効率を高めたものである。
る光の行路によって発光装置の構造を変えることにより
光取りだし効率を高めたものである。
【００１２】より具体的に述べれば、図２は本発明と比
較のために示した発光装置の一例でＬＥＤチップより臨
界角以上の角度θで出射された光の経路を模式的に示し
たものである。模式的に見たＬＥＤチップの発光点２０
３より出射された臨界角以上の角度を有する光２０８
は、透光性封止材２０２と外部との界面で入射角と同一
角度で対称方向に臨界角反射される。臨界角反射された
光２０９はリード電極やパッケージ底面に入射し、この
表面にて入射と同一角度で対称方向に反射される。
較のために示した発光装置の一例でＬＥＤチップより臨
界角以上の角度θで出射された光の経路を模式的に示し
たものである。模式的に見たＬＥＤチップの発光点２０
３より出射された臨界角以上の角度を有する光２０８
は、透光性封止材２０２と外部との界面で入射角と同一
角度で対称方向に臨界角反射される。臨界角反射された
光２０９はリード電極やパッケージ底面に入射し、この
表面にて入射と同一角度で対称方向に反射される。
【００１３】この光２１０は再び同一角度で透光性封止
材と外部との界面に入射し、臨界角反射してパッケージ
内部方向に向かう。このように、パッケージの底面或い
はリード電極に角度的な変化がなく実質的に平滑面であ
る限り、臨界角以上でＬＥＤチップより出射された光２
０８の行路は透光性封止材２０３の内部を透過し、透光
性封止材２０２の界面及びリード電極やパッケージ底面
での反射を繰り返す。この間、透光性封止材２０２の透
過率やリード電極、パッケージ底面の反射率が完全に１
であるものがない。そのため、透過、反射が各１回繰り
返されるたびに（１−透過率×反射率）で光が吸収、消
滅してしまう。樹脂透過率は高いものでも約９０％程
度、反射率も高反射金属部材でも約９０％程度であるた
め、３回透過反射を繰り返せば臨界角以上の出射光のう
ち５０％以上の光が消滅する。
材と外部との界面に入射し、臨界角反射してパッケージ
内部方向に向かう。このように、パッケージの底面或い
はリード電極に角度的な変化がなく実質的に平滑面であ
る限り、臨界角以上でＬＥＤチップより出射された光２
０８の行路は透光性封止材２０３の内部を透過し、透光
性封止材２０２の界面及びリード電極やパッケージ底面
での反射を繰り返す。この間、透光性封止材２０２の透
過率やリード電極、パッケージ底面の反射率が完全に１
であるものがない。そのため、透過、反射が各１回繰り
返されるたびに（１−透過率×反射率）で光が吸収、消
滅してしまう。樹脂透過率は高いものでも約９０％程
度、反射率も高反射金属部材でも約９０％程度であるた
め、３回透過反射を繰り返せば臨界角以上の出射光のう
ち５０％以上の光が消滅する。
【００１４】図３は本発明の発光装置において、図２と
同様にＬＥＤチップより臨界角以上の角度で出射された
光の行路を模式的に示したものである。
同様にＬＥＤチップより臨界角以上の角度で出射された
光の行路を模式的に示したものである。
【００１５】模式的に見たＬＥＤチップの発光点３０３
から臨界角以上の角度θで出射された光は、透光性封止
材３０２と外部との界面で臨界角反射され内部に向か
い、散乱・拡散反射性を有する光散乱層３０１に達す
る。光散乱層３０１に達した光は、散乱・拡散及び反射
して半球状の光の行路３１０に散乱反射する。散乱光の
うち臨界角以下の光３０２は、そのまま透光性封止材３
０２から外部に取り出される。また、散乱光の臨界角以
上の光も透光性封止材３０２と外部との界面で臨界角反
射するものの、再び光散乱層３０１に到達すれば上述と
同様に散乱・拡散反射される。そのため臨界角反射した
光の大部分は外部に取り出される。
から臨界角以上の角度θで出射された光は、透光性封止
材３０２と外部との界面で臨界角反射され内部に向か
い、散乱・拡散反射性を有する光散乱層３０１に達す
る。光散乱層３０１に達した光は、散乱・拡散及び反射
して半球状の光の行路３１０に散乱反射する。散乱光の
うち臨界角以下の光３０２は、そのまま透光性封止材３
０２から外部に取り出される。また、散乱光の臨界角以
上の光も透光性封止材３０２と外部との界面で臨界角反
射するものの、再び光散乱層３０１に到達すれば上述と
同様に散乱・拡散反射される。そのため臨界角反射した
光の大部分は外部に取り出される。
【００１６】一方、ＬＥＤチップ３０３から真下方向に
向かった光３１１は、平坦な面で効率よく反射され透光
性封止材３０２を介して外部に取り出される。このよう
に本発明では、一旦ＬＥＤチップ３０３から放出された
光のうちＬＥＤチップが配置されたパッケージ底面側方
向に向かう光及びパッケージ側壁方向に向かう光をそれ
ぞれ別々に有効利用することにより発光効率を高めたも
のである。なお、本発明での臨界角とは透光性封止材と
外部空間の間の臨界角αを指し、次のように定義され
る。臨界角α＝Ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）、ここでｎ1＝透
光性封止材の屈折率、ｎ2＝外部空間の屈折率である。
向かった光３１１は、平坦な面で効率よく反射され透光
性封止材３０２を介して外部に取り出される。このよう
に本発明では、一旦ＬＥＤチップ３０３から放出された
光のうちＬＥＤチップが配置されたパッケージ底面側方
向に向かう光及びパッケージ側壁方向に向かう光をそれ
ぞれ別々に有効利用することにより発光効率を高めたも
のである。なお、本発明での臨界角とは透光性封止材と
外部空間の間の臨界角αを指し、次のように定義され
る。臨界角α＝Ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）、ここでｎ1＝透
光性封止材の屈折率、ｎ2＝外部空間の屈折率である。
【００１７】また、ＬＥＤチップがダブルへテロ構造の
ＬＥＤチップでは電流を閉じ込めるために半導体の組成
を変えてある。そのため、発光層と、発光層を挟んだク
ラッド層との屈折率が異なる。このことから発光層で生
じた光が一種の導波管の如き役割を果たす。そのため、
発光層の端部から放出される光が多くなる。この端部か
ら放出される光を有効に利用できるかどうかが、光利用
効率に大きく寄与することとなる。
ＬＥＤチップでは電流を閉じ込めるために半導体の組成
を変えてある。そのため、発光層と、発光層を挟んだク
ラッド層との屈折率が異なる。このことから発光層で生
じた光が一種の導波管の如き役割を果たす。そのため、
発光層の端部から放出される光が多くなる。この端部か
ら放出される光を有効に利用できるかどうかが、光利用
効率に大きく寄与することとなる。
【００１８】さらに、窒化物半導体を利用したＬＥＤチ
ップは結晶成長が難しいこと、窒化物半導体の物性から
一般にサファイア上に形成される。このため、サファイ
ア基板上に形成された半導体積層面側に正極及び負極の
電極を形成する。また、発光層上のほぼ前面を覆う全面
電極を形成する。このようなオーミック接触を取れる電
極材料は限られており、この金属電極層を介して光が取
り出される。金属電極層を薄膜とすることによって透光
性を持たせているため、どうしても金属電極層に反射さ
れる光がある。そのため、窒化物半導体を利用したＬＥ
Ｄチップは横方向の光の漏れが大きくなる傾向にある。
以下、本発明の一実施形態を示す。
ップは結晶成長が難しいこと、窒化物半導体の物性から
一般にサファイア上に形成される。このため、サファイ
ア基板上に形成された半導体積層面側に正極及び負極の
電極を形成する。また、発光層上のほぼ前面を覆う全面
電極を形成する。このようなオーミック接触を取れる電
極材料は限られており、この金属電極層を介して光が取
り出される。金属電極層を薄膜とすることによって透光
性を持たせているため、どうしても金属電極層に反射さ
れる光がある。そのため、窒化物半導体を利用したＬＥ
Ｄチップは横方向の光の漏れが大きくなる傾向にある。
以下、本発明の一実施形態を示す。
【００１９】発光装置の製造は、先ずパッケージの凹部
内に発光素子としてＡｌＧａＩｎＰからなるＬＥＤチッ
プをダイボンド機器を用いてＡｇペーストでマウントす
る。なお、Ａｇペーストと接触するＬＥＤチップの裏面
電極は平滑かつＬＥＤチップの光を効率よく反射する金
属電極とさせてある。マウントされたＬＥＤチップの発
光面側の電極とパッケージのリード電極とをワイヤボン
ディング機器を用いてワイヤボンドさせる。次に拡散材
が混入された樹脂をＬＥＤチップ周辺のパッケージの凹
部内に注入する。
内に発光素子としてＡｌＧａＩｎＰからなるＬＥＤチッ
プをダイボンド機器を用いてＡｇペーストでマウントす
る。なお、Ａｇペーストと接触するＬＥＤチップの裏面
電極は平滑かつＬＥＤチップの光を効率よく反射する金
属電極とさせてある。マウントされたＬＥＤチップの発
光面側の電極とパッケージのリード電極とをワイヤボン
ディング機器を用いてワイヤボンドさせる。次に拡散材
が混入された樹脂をＬＥＤチップ周辺のパッケージの凹
部内に注入する。
【００２０】拡散材は注入後、流動してパッケージの底
面を覆う。拡散材含有の樹脂を硬化させた後、透光性封
止材の樹脂を注入硬化させて本発明の発光装置が完成す
る。これによって、光取りだし効率の高い発光装置とす
ることができる。以下、本発明の構成部材について詳述
する。
面を覆う。拡散材含有の樹脂を硬化させた後、透光性封
止材の樹脂を注入硬化させて本発明の発光装置が完成す
る。これによって、光取りだし効率の高い発光装置とす
ることができる。以下、本発明の構成部材について詳述
する。
【００２１】（光散乱層１０１）本発明の光散乱層１０
１とはＬＥＤチップ１０３から横方向のベクトルを持っ
て放出された光を透光性封止材１０２内で導波させるこ
となく外部に取り出すためのものである。したがって、
ＬＥＤチップ１０３の周辺に配置されＬＥＤチップ１０
３からの光を効率よく散乱・拡散反射できるものであれ
ばよい。具体的には、酸化チタン、チタン酸バリウム、
酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、
金属片や種々の蛍光体など光散乱・拡散性の無機部材が
挙げられる。さらには、無機部材に変えてメラミン樹
脂、ＣＴＵグアナミン樹脂やベンゾグアナミン樹脂など
の有機樹脂を利用することもできる。
１とはＬＥＤチップ１０３から横方向のベクトルを持っ
て放出された光を透光性封止材１０２内で導波させるこ
となく外部に取り出すためのものである。したがって、
ＬＥＤチップ１０３の周辺に配置されＬＥＤチップ１０
３からの光を効率よく散乱・拡散反射できるものであれ
ばよい。具体的には、酸化チタン、チタン酸バリウム、
酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、
金属片や種々の蛍光体など光散乱・拡散性の無機部材が
挙げられる。さらには、無機部材に変えてメラミン樹
脂、ＣＴＵグアナミン樹脂やベンゾグアナミン樹脂など
の有機樹脂を利用することもできる。
【００２２】光散乱・拡散性の無機部材が含有される樹
脂としては、ＬＥＤチップ１０３からの光に対して透光
性が高く、拡散材、透光性封止材１０２及びパッケージ
１０７との密着性及び耐熱性が高いことが望ましい。こ
のような樹脂として、具体的にはシリコーン系、エポキ
シ系やアクリル系樹脂などが好適に用いられる。光散乱
層１０１は、あらかじめＬＥＤチップ１０３が配置され
たパッケージ１０７の凹部に流し込み硬化させることで
比較的簡単に形成させることができる。光散乱層１０１
を構成する樹脂の粘度を低くするとパッケージ１０７の
凹部内に広がり易い。そのため、パッケージ１０７の底
面だけでなくパッケージの凹部を構成する側面やＬＥＤ
チップ１０３の側面まで這い上がる。
脂としては、ＬＥＤチップ１０３からの光に対して透光
性が高く、拡散材、透光性封止材１０２及びパッケージ
１０７との密着性及び耐熱性が高いことが望ましい。こ
のような樹脂として、具体的にはシリコーン系、エポキ
シ系やアクリル系樹脂などが好適に用いられる。光散乱
層１０１は、あらかじめＬＥＤチップ１０３が配置され
たパッケージ１０７の凹部に流し込み硬化させることで
比較的簡単に形成させることができる。光散乱層１０１
を構成する樹脂の粘度を低くするとパッケージ１０７の
凹部内に広がり易い。そのため、パッケージ１０７の底
面だけでなくパッケージの凹部を構成する側面やＬＥＤ
チップ１０３の側面まで這い上がる。
【００２３】窒化物半導体を利用したＬＥＤチップ１０
３は、発光層の端面から放出される光が多いため、端面
から放出される光を有効よく利用することは特に大きな
効果がある。パッケージ１０７底面からのＬＥＤチップ
１０３の発光層の高さが光散乱層１０１の厚みよりも高
ければ、端面から放出される光は有効に放出される。そ
の後、透光性樹脂１０２と外部との界面で全反射した光
などが光散乱層で等方的に放出される。
３は、発光層の端面から放出される光が多いため、端面
から放出される光を有効よく利用することは特に大きな
効果がある。パッケージ１０７底面からのＬＥＤチップ
１０３の発光層の高さが光散乱層１０１の厚みよりも高
ければ、端面から放出される光は有効に放出される。そ
の後、透光性樹脂１０２と外部との界面で全反射した光
などが光散乱層で等方的に放出される。
【００２４】また、光散乱層が部分的には這い上がって
ＬＥＤチップの発光層を薄く覆う場合は、ＬＥＤチップ
端面から等方的に放出されやすくなるためより光を有効
に利用することもできる。この場合も、光散乱層の厚さ
は発光層の高さよりも薄くなる。この這い上がりは、光
散乱層を構成する樹脂の粘度を調節することによりある
程度制御することができる。このような光散乱層は、平
滑なパッケージ上に光散乱層を形成させるだけの比較的
簡単な構成で均一な発光を得ることができる。
ＬＥＤチップの発光層を薄く覆う場合は、ＬＥＤチップ
端面から等方的に放出されやすくなるためより光を有効
に利用することもできる。この場合も、光散乱層の厚さ
は発光層の高さよりも薄くなる。この這い上がりは、光
散乱層を構成する樹脂の粘度を調節することによりある
程度制御することができる。このような光散乱層は、平
滑なパッケージ上に光散乱層を形成させるだけの比較的
簡単な構成で均一な発光を得ることができる。
【００２５】（透光性封止材１０２）透光性封止材１０
２は、パッケージ１０７の凹部内に設けられるものであ
り、ＬＥＤチップ１０３からの光を効率よく外部に透過
させると共に外力、塵芥などからＬＥＤチップ１０３や
ワイヤ１０４などを保護するものである。このような透
光性封止材１０２としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹
脂やアクリル樹脂等が好適に用いられる。透光性封止材
１０２中にはＬＥＤチップ１０３からの光に対してフィ
ルター効果などを持たす為に着色染料や着色顔料で添加
することができる。
２は、パッケージ１０７の凹部内に設けられるものであ
り、ＬＥＤチップ１０３からの光を効率よく外部に透過
させると共に外力、塵芥などからＬＥＤチップ１０３や
ワイヤ１０４などを保護するものである。このような透
光性封止材１０２としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹
脂やアクリル樹脂等が好適に用いられる。透光性封止材
１０２中にはＬＥＤチップ１０３からの光に対してフィ
ルター効果などを持たす為に着色染料や着色顔料で添加
することができる。
【００２６】（ＬＥＤチップ１０３）ＬＥＤチップ１０
３はＭＯＣＶＤ法や液相成長法などにより、ＧａＰ、Ｇ
ａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＩｎＮ、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどの半導体発光層を
基板上に積層させることにより形成することができる。
ＬＥＤチップの構造としては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、ダブルへ
テロ構造のものが挙げられる。特に活性層を介してダブ
ルへテロ構造のものは、活性層１０８で発生した光が活
性層内を導波管の如く伝搬し活性層の端面から放出され
やすい。そのため、本発明の効果が大きい。
３はＭＯＣＶＤ法や液相成長法などにより、ＧａＰ、Ｇ
ａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＩｎＮ、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなどの半導体発光層を
基板上に積層させることにより形成することができる。
ＬＥＤチップの構造としては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、ダブルへ
テロ構造のものが挙げられる。特に活性層を介してダブ
ルへテロ構造のものは、活性層１０８で発生した光が活
性層内を導波管の如く伝搬し活性層の端面から放出され
やすい。そのため、本発明の効果が大きい。
【００２７】同様に、窒化物半導体（ＩｎXＧａYＡｌ
1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）は、結晶
成長が難しく絶縁性のサファイア基板上に形成される。
サファイア基板上に形成された窒化物半導体に電力を供
給するためには正極及び負極を同一面側に形成せざるを
得ず、オーミック接触かつ、効率的に電流を注入させる
ためには透光性の電極として金薄膜などが用いられる。
このような電極は薄膜にして透光性を持たせているもの
の金属からなるが故にＬＥＤチップの活性層で生成した
光は部分的に反射される。そのため、窒化物半導体を利
用したＬＥＤチップは特に端部から放出される光が多く
本発明の効果が大きい。
1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）は、結晶
成長が難しく絶縁性のサファイア基板上に形成される。
サファイア基板上に形成された窒化物半導体に電力を供
給するためには正極及び負極を同一面側に形成せざるを
得ず、オーミック接触かつ、効率的に電流を注入させる
ためには透光性の電極として金薄膜などが用いられる。
このような電極は薄膜にして透光性を持たせているもの
の金属からなるが故にＬＥＤチップの活性層で生成した
光は部分的に反射される。そのため、窒化物半導体を利
用したＬＥＤチップは特に端部から放出される光が多く
本発明の効果が大きい。
【００２８】このようなＬＥＤチップ１０３はパッケー
ジ１０７上にダイボンド機器を用いてマウントすること
ができる。また、ＬＥＤチップ上に設けられた電極と、
ワイヤ１０４等を利用して電気的に接続させることがで
きる。
ジ１０７上にダイボンド機器を用いてマウントすること
ができる。また、ＬＥＤチップ上に設けられた電極と、
ワイヤ１０４等を利用して電気的に接続させることがで
きる。
【００２９】（パッケージ１０７）パッケージ１０７
は、ＬＥＤチップ１０３を配置させ外部からの電流をＬ
ＥＤチップ１０３に供給するリード電極１０５が設けら
れたものである。このようなパッケージ１０７の具体的
材料としては、セラミックス、液晶ポリマーやＰＢＴ樹
脂等の絶縁性支持部材が好適に挙げられる。パッケージ
１０７には、ＬＥＤチップ１０３からの光を効率よく取
り出すために側壁を持ったものが好適に挙げられる。
は、ＬＥＤチップ１０３を配置させ外部からの電流をＬ
ＥＤチップ１０３に供給するリード電極１０５が設けら
れたものである。このようなパッケージ１０７の具体的
材料としては、セラミックス、液晶ポリマーやＰＢＴ樹
脂等の絶縁性支持部材が好適に挙げられる。パッケージ
１０７には、ＬＥＤチップ１０３からの光を効率よく取
り出すために側壁を持ったものが好適に挙げられる。
【００３０】樹脂によりパッケージ１０７をモールド成
形させる場合は、内部に配置されるＬＥＤチップ１０３
に電力を供給するリード電極１０５をインサート成形な
どで比較的簡単に形成することができる。リード電極１
０５はニッケル等のメタライズ或いはリン青銅等の電気
良導体により形成することができる。ＬＥＤチップ１０
３からの光の反射性を向上させるために、リード電極１
０５の表面に銀、アルミニウム、銅や金等の平滑な金属
メッキを施すこともできる。ＬＥＤチップ１０３からの
光を効率よく反射させるためにパッケージ１０７を構成
する樹脂にチタン酸バリウムなどの白色顔料などを混合
させることができる。
形させる場合は、内部に配置されるＬＥＤチップ１０３
に電力を供給するリード電極１０５をインサート成形な
どで比較的簡単に形成することができる。リード電極１
０５はニッケル等のメタライズ或いはリン青銅等の電気
良導体により形成することができる。ＬＥＤチップ１０
３からの光の反射性を向上させるために、リード電極１
０５の表面に銀、アルミニウム、銅や金等の平滑な金属
メッキを施すこともできる。ＬＥＤチップ１０３からの
光を効率よく反射させるためにパッケージ１０７を構成
する樹脂にチタン酸バリウムなどの白色顔料などを混合
させることができる。
【００３１】セラミックによりパッケージ１０７を構成
させる場合は、セラミック焼成前の原料となるグリーン
シート上に所望のパターンで高融点金属を含有した導電
性ペーストを印刷する。グリーンシートを複数重ね合わ
せパッケージ形状にさせた後に焼成してセラミックパッ
ケージを形成する。導電性ペーストは焼成時に樹脂成分
が飛び外部との電気的接続が可能な電極層として残る。
させる場合は、セラミック焼成前の原料となるグリーン
シート上に所望のパターンで高融点金属を含有した導電
性ペーストを印刷する。グリーンシートを複数重ね合わ
せパッケージ形状にさせた後に焼成してセラミックパッ
ケージを形成する。導電性ペーストは焼成時に樹脂成分
が飛び外部との電気的接続が可能な電極層として残る。
【００３２】なお、平滑なパッケージ底面とは、鏡面の
如く一定方向から入射したＬＥＤチップ１０３からの光
の大部分を特定方向に反射可能な平面を言う。このよう
な平面上に配置されたＬＥＤチップ１０３から放出され
る縦方向の光は、効率よく前面に放出することができ
る。以下、本発明の具体的実施例について詳述するが、
これのみに限定されるものでないことは言うまでもな
い。
如く一定方向から入射したＬＥＤチップ１０３からの光
の大部分を特定方向に反射可能な平面を言う。このよう
な平面上に配置されたＬＥＤチップ１０３から放出され
る縦方向の光は、効率よく前面に放出することができ
る。以下、本発明の具体的実施例について詳述するが、
これのみに限定されるものでないことは言うまでもな
い。
【００３３】
【実施例】チップタイプＬＥＤとして、青色（４７０ｎ
ｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持ったＬＥＤ
チップを樹脂パッケージに配置させた。ＬＥＤチップは
サファイア基板上に窒化ガリウムからなるバッファ層、
ＧａＮからなるｎ型コンタクト兼クラッド層、ＧａＡｌ
Ｎからなるｐ型クラッド層、ＧａＮからなるｐ型コンタ
クト層が積層されたものである。ｎ型コンタクト層及び
ｐ型クラッド層との間には単一量子井戸構造となるＩｎ
ＧａＮ層が形成されている。サファイア基板上に形成さ
れた半導体層側から正極及び負極の電極を形成させるた
めに窒化物半導体の一部をエッチングさせてｎ型コンタ
クト層を露出させてある。ｐ型コンタクト層上には金薄
膜をオーミック電極として形成させてある。
ｍ）が発光可能な窒化物半導体を発光層に持ったＬＥＤ
チップを樹脂パッケージに配置させた。ＬＥＤチップは
サファイア基板上に窒化ガリウムからなるバッファ層、
ＧａＮからなるｎ型コンタクト兼クラッド層、ＧａＡｌ
Ｎからなるｐ型クラッド層、ＧａＮからなるｐ型コンタ
クト層が積層されたものである。ｎ型コンタクト層及び
ｐ型クラッド層との間には単一量子井戸構造となるＩｎ
ＧａＮ層が形成されている。サファイア基板上に形成さ
れた半導体層側から正極及び負極の電極を形成させるた
めに窒化物半導体の一部をエッチングさせてｎ型コンタ
クト層を露出させてある。ｐ型コンタクト層上には金薄
膜をオーミック電極として形成させてある。
【００３４】パッケージは予め形成させたリード電極を
金型内に配置させ液晶ポリマーを注入硬化させることに
よりモールディングさせた。形成されたパッケージは開
口部の底面にリード電極の一部が露出しており、リード
電極の表面、パッケージの底面及び側面はＬＥＤチップ
からの光を効率よく反射可能な平滑面としてある。
金型内に配置させ液晶ポリマーを注入硬化させることに
よりモールディングさせた。形成されたパッケージは開
口部の底面にリード電極の一部が露出しており、リード
電極の表面、パッケージの底面及び側面はＬＥＤチップ
からの光を効率よく反射可能な平滑面としてある。
【００３５】パッケージの開口部内に透光性エポキシ樹
脂を用いて上述のＬＥＤチップをダイボンディング機器
を用いてマウントさせた。ＬＥＤチップの各電極とパッ
ケージ開口部内のリード電極とを金線を用いてワイヤボ
ンディングさせ電気的に導通を取ってある。
脂を用いて上述のＬＥＤチップをダイボンディング機器
を用いてマウントさせた。ＬＥＤチップの各電極とパッ
ケージ開口部内のリード電極とを金線を用いてワイヤボ
ンディングさせ電気的に導通を取ってある。
【００３６】光散乱層としてシリコーン樹脂１００ｇ中
にチタン酸バリウム５ｇ及び青色染料を含有させたもの
を混合撹拌させながらパッケージ開口部内に注入させ
た。注入後、１５０℃３０分で硬化させて光散乱層を形
成させた。形成された光散乱層の高さは、ＬＥＤチップ
の発光層よりも低くなっていたものの端部に薄く光散乱
層が這い上がっていた。パッケージの凹部内にはエポキ
シ樹脂を透光性封止材として１２０℃２時間で注入硬化
させてある。こうしてチップタイプＬＥＤを５００個形
成して発光特性を調べた。
にチタン酸バリウム５ｇ及び青色染料を含有させたもの
を混合撹拌させながらパッケージ開口部内に注入させ
た。注入後、１５０℃３０分で硬化させて光散乱層を形
成させた。形成された光散乱層の高さは、ＬＥＤチップ
の発光層よりも低くなっていたものの端部に薄く光散乱
層が這い上がっていた。パッケージの凹部内にはエポキ
シ樹脂を透光性封止材として１２０℃２時間で注入硬化
させてある。こうしてチップタイプＬＥＤを５００個形
成して発光特性を調べた。
【００３７】比較のために光散乱層を形成しない以外は
本発明のチップタイプＬＥＤと同様にして５００個のチ
ップタイプＬＥＤを形成させた。
本発明のチップタイプＬＥＤと同様にして５００個のチ
ップタイプＬＥＤを形成させた。
【００３８】形成されたチップタイプＬＥＤに電流を供
給したところ何れも発光したものの本発明のチップタイ
プＬＥＤは開口部全体が青色に発光しているのに対し、
本発明と比較のために形成させたチップタイプＬＥＤ
は、ＬＥＤチップ近傍が顕著に青く発光している。ま
た、光散乱層を設けなかったチップタイプＬＥＤの平均
発光輝度を１００として、光散乱層を設けたチップタイ
プＬＥＤは約２割も増して明るく検出された。これによ
り本発明の発光装置は極めて簡単な構成で発光出力を大
幅に向上しうることが分かった。
給したところ何れも発光したものの本発明のチップタイ
プＬＥＤは開口部全体が青色に発光しているのに対し、
本発明と比較のために形成させたチップタイプＬＥＤ
は、ＬＥＤチップ近傍が顕著に青く発光している。ま
た、光散乱層を設けなかったチップタイプＬＥＤの平均
発光輝度を１００として、光散乱層を設けたチップタイ
プＬＥＤは約２割も増して明るく検出された。これによ
り本発明の発光装置は極めて簡単な構成で発光出力を大
幅に向上しうることが分かった。
【００３９】
【発明の効果】本発明の構成により、ＬＥＤチップから
直接前面に反射する反射表面と、透光性封止材により全
反射された光を散乱・拡散させ効率的に外部に取り出す
光散乱層とに機能分離させる。これにより発光装置から
の光取りだし効率を高めるものである。また、複数の異
なる発光波長を発光するＬＥＤチップをパッケージ内に
配置させる場合、光散乱層により光が均一に広がるため
混色性良く発光することができる。
直接前面に反射する反射表面と、透光性封止材により全
反射された光を散乱・拡散させ効率的に外部に取り出す
光散乱層とに機能分離させる。これにより発光装置から
の光取りだし効率を高めるものである。また、複数の異
なる発光波長を発光するＬＥＤチップをパッケージ内に
配置させる場合、光散乱層により光が均一に広がるため
混色性良く発光することができる。
【００４０】本発明の請求項２に記載の発光装置によ
り、ＬＥＤチップよりの発光に影響を及ぼさずに取り出
し効率のみを向上しえる。つまり、発光層の端部より放
出される発光輝度を低下させることがない。また、臨界
反射される光を選択して外部取りだし効率を高めること
ができる。
り、ＬＥＤチップよりの発光に影響を及ぼさずに取り出
し効率のみを向上しえる。つまり、発光層の端部より放
出される発光輝度を低下させることがない。また、臨界
反射される光を選択して外部取りだし効率を高めること
ができる。
【００４１】本発明の請求項３に記載の発光装置によ
り、パッケージ内においてＬＥＤチップが点状に発光す
ることがない。つまり、非点灯時と同様に点灯時におい
ても開口部全体にＬＥＤチップが配置されている如く発
光部をより大きく観測することができる。例えば発光素
子の発光波長が青色領域であるなら光散乱・拡散性の青
色系顔料を光散乱層に加えることで青系色とする等、発
光色に対してのみ反射率の高い色とすることもできる。
この場合、発光素子の発光色と光散乱層の色を合わせて
おけば、発光装置の発光色を実際に発光させず目視にて
容易に判別することも可能となる。
り、パッケージ内においてＬＥＤチップが点状に発光す
ることがない。つまり、非点灯時と同様に点灯時におい
ても開口部全体にＬＥＤチップが配置されている如く発
光部をより大きく観測することができる。例えば発光素
子の発光波長が青色領域であるなら光散乱・拡散性の青
色系顔料を光散乱層に加えることで青系色とする等、発
光色に対してのみ反射率の高い色とすることもできる。
この場合、発光素子の発光色と光散乱層の色を合わせて
おけば、発光装置の発光色を実際に発光させず目視にて
容易に判別することも可能となる。
【００４２】本発明の請求項４に記載の発光装置によっ
て、横方向の光放出が多い発光素子の場合、光取りだし
効率を飛躍的に向上させることができる。
て、横方向の光放出が多い発光素子の場合、光取りだし
効率を飛躍的に向上させることができる。
【図１】 本発明の一実施例によるチップタイプＬＥＤ
の模式的断面図を示す。
の模式的断面図を示す。
【図２】 本発明と比較のために示すチップタイプＬＥ
Ｄにおいて、ＬＥＤチップより臨界角以上の角度で出射
された光の行路を模式的に示したものである。
Ｄにおいて、ＬＥＤチップより臨界角以上の角度で出射
された光の行路を模式的に示したものである。
【図３】 本発明のチップタイプＬＥＤにおいて、ＬＥ
Ｄチップより臨界角以上の角度で出射された光の経路を
模式的に示したものである。
Ｄチップより臨界角以上の角度で出射された光の経路を
模式的に示したものである。
【図４】 本発明と比較のために示すチップタイプＬＥ
Ｄの模式的断面図である。
Ｄの模式的断面図である。
１００・・・発光装置 １０１・・・光散乱層 １０２・・・透光性封止材 １０３・・・ＬＥＤチップ １０４・・・ワイヤ １０５・・・リード電極 １０６・・・マウント樹脂 １０７・・・パッケージ １０８・・・活性層 ２００・・・発光装置 ２０２・・・透光性樹脂 ２０３・・・模式的に見たＬＥＤチップの発光点 ２０８・・・臨界角以上でＬＥＤチップより出射された
光 ２０９・・・臨界角反射された光 ２１０・・・透光性封止材で繰り返し反射される光 ３０１・・・光散乱層 ３０２・・・透光性樹脂 ３０３・・・模式的に見たＬＥＤチップの発光点 ３０８・・・臨界角以上でＬＥＤチップより出射された
光 ３０９・・・臨界角反射された光 ３１０・・・拡散及び反射して半球状に放射される光 ３１１・・・ＬＥＤチップから真下方向に向かう光 ４００・・・発光装置 ４０２・・・透光性封止材 ４０３・・・ＬＥＤチップ ４０４・・・金線 ４０５・・・リード電極 ４０６・・・ダイボンド樹脂 ４０７・・・パッケージ
光 ２０９・・・臨界角反射された光 ２１０・・・透光性封止材で繰り返し反射される光 ３０１・・・光散乱層 ３０２・・・透光性樹脂 ３０３・・・模式的に見たＬＥＤチップの発光点 ３０８・・・臨界角以上でＬＥＤチップより出射された
光 ３０９・・・臨界角反射された光 ３１０・・・拡散及び反射して半球状に放射される光 ３１１・・・ＬＥＤチップから真下方向に向かう光 ４００・・・発光装置 ４０２・・・透光性封止材 ４０３・・・ＬＥＤチップ ４０４・・・金線 ４０５・・・リード電極 ４０６・・・ダイボンド樹脂 ４０７・・・パッケージ
Claims (4)
- 【請求項１】 平滑な凹部を有するパッケージの底面に
ＬＥＤチップが配置された発光装置において、前記ＬＥ
Ｄチップ周囲の凹部底面上に配置された光散乱層と、前
記凹部内にＬＥＤチップを保護する透光性封止材を有す
ることを特徴とする発光装置。 - 【請求項２】 前記光散乱層の厚みは、ＬＥＤチップの
凹部底面上から発光層まで高さよりも薄い請求項１に記
載の発光装置。 - 【請求項３】 前記光散乱層はＬＥＤチップの発光色と
略同一に着色してある請求項１に記載の発光装置。 - 【請求項４】 前記ＬＥＤチップは、サファイア基板上
に活性層を介してダブルへテロ構造とした窒化物半導体
からなる請求項１に記載の発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8457498A JP3704941B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8457498A JP3704941B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11284234A true JPH11284234A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3704941B2 JP3704941B2 (ja) | 2005-10-12 |
Family
ID=13834455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8457498A Expired - Lifetime JP3704941B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3704941B2 (ja) |
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- 1998-03-30 JP JP8457498A patent/JP3704941B2/ja not_active Expired - Lifetime
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