TW201440264A

TW201440264A - 發光二極體

Info

Publication number: TW201440264A
Application number: TW103104243A
Authority: TW
Inventors: Minoru Suzuki; kota Fukaya; Takashi Okamura; Taro Arakawa
Original assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2014-10-16
Also published as: JP2014175354A; US20140252392A1; CN104037313A; KR20140109825A

Abstract

[課題]提供可以提升發光效率之新構成的發光二極體。[解決手段]作成設有：表面具有發光層之晶片和，在晶片之背面和用於支撐晶片的導線框架之間以具有透光性的樹脂黏著且供從該發光層射出的光通過之透光性構件之構成。透過此種構成，由於可在設有發光層之晶片的背面側設置可使從發光層發出的光通過的透光性構件，故可以將在與導線框架之界面反射而返回發光層的光的比例抑制得較低，而可提升發光效率。

Description

發光二極體

發明領域

本發明是有關於一種設有發光層所形成之晶片的發光二極體。

發明背景

發光二極體(LED：Light Emitting Diode)、雷射二極體(LD：Laser Diode)等發光裝置已實用化。該等發光裝置通常設有藉由施加電壓而發光之發光層所形成的發光晶片。發光晶片是使含有發光層之複數個半導體層之層疊體形成於結晶成長用基板表面後，再任意分割該基板而獲得。

例如，在以分割預定線劃分的藍寶石(sapphire)基板表面，依序地進行n型GaN層、InGaN層、p型GaN層之磊晶成長，並形成分別連接n型GaN層以及p型GaN層之電極。之後，沿分割預定線分割藍寶石基板時，就可以得到可發出青色或綠色光之發光二極體用的發光晶片。

藉由使該發光晶片之背面側(藍寶石基板側)固定至作為基座之導線框架，並以透鏡構件覆蓋發光晶片之表面側(層疊體側)，就可形成發光二極體。在此種發光二極體中，將亮度之提升視為重要的課題，且截至目前為止也有用於提升發光效率之各種方法被提出(參照例如，專利文獻1)。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平4-10670號公報

發明概要

然而，因為電壓的施加而在發光層產生的光，主要是從含有發光層的層疊體的2個主面(表面以及背面)發出。例如，從層疊體的表面(透鏡構件側之主面)發出的光，會通過透鏡構件等發射到發光二極體的外部。另一方面，從層疊體的背面(藍寶石基板側之主面)發光的光，會經藍寶石基板傳送，其中一部分則在藍寶石基板和導線框架之界面等反射而返回層疊體。

例如，為了提升切削時之加工性等目的而在發光晶片中使用薄的藍寶石基板時，會縮短層疊體的背面和，藍寶石基板與導線框架之界面的距離。此時，在藍寶石基板與導線框架之界面反射而返回層疊體之光的比例，會變得比藍寶石基板較厚時還高。由於層疊體會吸收光，使用此種返回層疊體之光的比例高的發光晶片時，會使發光二極體的發光效率下降。

本發明是鑒於有關點而做成，其目的在於提供具有可提升發光效率之構造的發光二極體。

本發明之發光二極體的特徵在於，至少由表面設有發光層之晶片和，在該晶片之背面和用於支撐固定該晶片之背面的導線框架之間以具有透光性的樹脂黏著且供從該發光層發出的光通過之透光性構件所形成。

透過此種構成，由於可在設有發光層之晶片的背面側設置讓從發光層發出的光通過的透光性構件，故可以將在與導線框架之界面反射而返回發光層的光的比例抑制得較低，而能提升發光效率。

在本發明之發光二極體中，該晶片亦可以使由GaN半導體層所形成的發光層層疊在藍寶石基板上。透過此種構成，可以在發出青色和綠色光之發光二極體中，提升發光效率。

透過本發明，可以提供能夠提升發光效率之新構成的發光二極體。

1‧‧‧發光二極體

11‧‧‧導線框架

11a、12a、13a‧‧‧表面

12‧‧‧發光晶片(晶片)

12b、13b‧‧‧背面

13‧‧‧透光性構件

13c‧‧‧側面

14a、14b‧‧‧導線

15‧‧‧透鏡構件

111a、111b‧‧‧導線構件

112a、112b‧‧‧連接端子

121‧‧‧藍寶石基板

121a、122a‧‧‧表面

121b、122b‧‧‧背面

122‧‧‧層疊體

A1、A2、B1、B2‧‧‧光路

圖1為以模式顯示本實施形態之發光二極體的構成例之立體圖；圖2為顯示從本實施形態之發光二極體的發光晶片發出光線的情形之截面模式圖；圖3為顯示從比較例之發光二極體的發光晶片發出光線的情形之截面模式圖；以及第4圖為顯示亮度測定結果之圖表。

用以實施發明之形態

以下，將參照所附之圖式，就本發明之實施形態予以說明。圖1為以模式顯示本實施形態之發光二極體的構成例的立體圖，圖2為顯示從本實施形態之發光二極體的發光晶片發出光線的情形之截面模式圖。如圖1與圖2所示，發光二極體1設有作為基座之導線框架11和，受導線框架11支撐固定的發光晶片(晶片)12。

導線框架11是以金屬等材料形成為圓柱狀，並於相當於其中一方之主面的背面側設有2支具有導電性的導線構件111a、111b。導線構件111a、111b為彼此絕緣，具有分別作為發光二極體1之正極、負極之功能。該導線構件111a、111b通過配線(圖未示)連接至外部的電源(圖未示)。

相當於導線框架11的另一方之主面的表面11a，配置有以預定間隔隔開之相互絕緣有的2個連接端子112a、112b。連接端子112a和導線構件111a將在導線框架11內部連接。又，連接端子112b和導線構件111b將在導線框架11內部連接。因此，連接端子112a、112b之電位分別變成與導線構件111a、111b之電位為相同水準。

導線框架11之表面11a中，在連接端子112a和連接端子112b之間的位置配置有發光晶片12。發光晶片12設有平面形狀為矩形之藍寶石基板121和，設置在藍寶石基板 121之表面121a上的層疊體122(圖2)。層疊體122含有利用GaN系之半導體材料形成的複數層半導體層(GaN半導體層)。

層疊體122是依序進行使電子成為多數個載體之n型半導體層(例如，n型GaN層)、作為發光層之半導體層(例如，InGaN層)、使電洞成為多數個載體之p型半導體層(例如，p型GaN層)之磊晶成長而形成。又，可在藍寶石基板121中形成分別與n型半導體層以及p型半導體層連接，並可對層疊體122施加電壓的2個電極(圖未示)。此外，該等電極亦可以不包含在層疊體122中。

藍寶石基板121之背面121b側(亦即，發光晶片12之背面12b側)中，配置有長方體狀的透光性構件13。透光性構件13是以玻璃或樹脂等材料形成，並可使自層疊體122之發光層發出的的光通過。透光性構件13之表面13a的面積形成為，比藍寶石基板121之背面121b的面積大。又，較佳為使透光性構件13，具有與藍寶石121同等以上的厚度。

透光性構件13之表面13a，是以具有透光性的樹脂(圖未示)黏接至藍寶石基板121的整個背面121b(亦即，發光晶片12之背面12b)。又，透光性構件13之背面13b，以具有透光性的樹脂(圖未示)黏接至導線框架11之表面11a。亦即，發光晶片12，可透過透光性構件13固定至導線框架11之表面11a。

設於導線框架11的2個連接端子112a、112b，分別透過具有導電性之導線14a、14b，連接至發光晶片12的2 個電極。藉此，可使連接至導線構件111a、111b之電源的電壓施加至層疊體122。當使電壓施加至層疊體122時，會在作為發光層之半導體層中，注入來自n型半導體層之電子，同時注入來自p型半導體層之電洞。其結果，可在作為發光層之半導體層中形成電子和電洞之再結合，並可發出預定波長的光。在本實施形態中，由於使用GaN系的半導體材料以形成作為發光層之半導體層，故能發出相當於GaN系的半導體材料之能帶間隙的青色和綠色光。

導線框架11之表面11a側之外周緣安裝有用於覆蓋發光晶片12之表面12a側的圓頂狀透鏡構件15。透鏡構件15是由具有預定折射率的樹脂等材料所形成，可使從發光晶片12之層疊體122發出的光折射，並導向發光二極體1之外部的預定方向。如此，使從發光晶片12發出的光，通過透鏡構件15發射到發光二極體1的外部。

接著，參照比較例之發光二極體，同時對從本實施形態之發光二極體1的發光晶片12發出光線的情形作說明。圖3為顯示從比較例之發光二極體的發光晶片發出光線的情形之截面模式圖。如圖3所示，比較例之發光二極體2，除了透光性構件13以外，設有與本實施形態之發光二極體1共通的構成。亦即，發光二極體2包含，設有平面形狀為矩形之藍寶石基板221和，設置在藍寶石基板221之表面221a上的的層疊體222的發光晶片22。但是，藍寶石基板221之背面221b並未黏接至導線框架(圖未示)。

在本實施形態之發光二極體1中，在作為發光層之半導體層產生的光，主要從層疊體122之表面122a(亦即，發光晶片12之表面12a)，以及背面122b發出。如上所述，從層疊體122之表面122a發出的光(例如，傳播光路A1之光)是通過透鏡構件15等發射至發光二極體1之外部。

這一點，在比較例之發光二極體2也是相同的。亦即，在發光二極體2中，在作為發光層之半導體層產生的光，主要從層疊體222之表面222a，以及背面222b發出。從層疊體222之表面222a發出的光(例如，傳播光路A2之光)是通過透鏡構件(圖未示)等發射至發光二極體2之外部。

另一方面，在發光二極體2中，從層疊體222之背面222b發出之光的一部分(例如，傳播光路B2之光)，會在藍寶石基板221和導線框架之界面(藍寶石基板221之背面221b)反射而返回到層疊體222。由於層疊體222會吸收光，故在比較例之發光二極體2，將無法使傳播光路B2之光發射到外部。

對此，本實施形態之發光二極體1，由於在藍寶石基板121之背面121b透過具有透光性之樹脂設置透光性構件13，故可使從層疊體122之背面122b發出的光，以和發光二極體2不同的光路傳播。例如，傳播光路B1之光的一部分會在藍寶石基板121和透光性構件13之界面(亦即，藍寶石基板121之背面121b，或透光性構件13之表面13a)反射。又，傳播光路B1之光的另一部分，會通過藍寶石基板121和透光性構件13之界面。如此，傳播光路B1之光的一部分，雖然與發光二極體2相同地被層疊體122所吸收，但傳播光路B1之光的另一部分，會從透光性構件13的側面13c等發射到外部。

如此，本實施形態之發光二極體1，由於在將包含發光層之層疊體122設為表面12a側的發光晶片(晶片)12之背面12b側，設置可使發光層發出的光通過的透光性構件13，故可以將在與導線框架11之界面反射而返回發光層(層疊體122)的光的比例抑制得較低，而能提升發光效率。

再者，由於藍寶石基板硬而不易加工，故最好使用薄的藍寶石基板以提升加工性。此時，在比較例之發光二極體2中，由於層疊體222之背面222b和，藍寶石基板221與導線框架之界面之間的距離變短，將使在該界面反射返回到層疊體222之光的比例變高，並導致發光效率降低。相對於此，在本實施形態之發光二極體1中，即使藍寶石基板121變薄也能藉由透光性構件13維持較高的發光效率。亦即，不需要為了維持發光效率加厚藍寶石基板而犧牲加工性。

接著，針對為了確認本實施形態之發光二極體1的有效性而進行之實驗作說明。在本實驗中，對分別設有不同大小之透光性構件的複數個發光二極體的亮度進行測定。具體而言，是對從各發光二極體所發出的所有光的強度(功率)之總計值進行測定(全發射束測定)，並以未使用透光性構件之比較例為基準(100%)換算成亮度。圖4為顯示測定結果之圖表。在圖4中，縱軸表示各發光二極體之全發射束(mW)，或亮度(%)。

如圖4所示，在本實驗中，針對使用透光性構件的5種發光二極體(實施例1~5)，以及未使用透光性構件之發光二極體(比較例)進行亮度之測定。在所有的實施例1~5，以及比較例中，都使用共同的發光晶片。具體而言，所用的發光晶片是在表面及背面之面積(縱×橫)為0.595mm×0.270mm，厚度(高度)為0.15mm之藍寶石基板上，以GaN半導體層作成發光層而形成。藍寶石基板和透光性構件之黏著，是使用吸光度極小之樹脂製黏著劑進行。

在實施例1中，使用表面及背面之面積(縱×橫)為0.7mm×0.3mm，厚度(高度)為0.15mm之玻璃基板作為透光性構件。在實施例2中，使用表面及背面之面積為0.7mm×0.6mm，厚度為0.15mm之玻璃基板作為透光性構件。在實施例3中，使用表面及背面之面積為0.7mm×0.9mm，厚度為0.15mm之玻璃基板作為透光性構件。在實施例4中，使用表面及背面之面積為0.7mm×0.9mm，厚度為0.30mm之玻璃基板作為透光性構件。在實施例5中，使用表面及背面之面積為0.7mm×0.9mm，厚度為0.50mm之玻璃基板作為透光性構件。此外，在實施例4中，是將2片實施例3之玻璃基板貼合在一起作成透光性構件。

如圖4所示，在發光晶片之背面側設置透光性構件時，可以提升發光效率。又，可以確認的是，當透光性構件之表面以及背面的面積變大時，發光二極體之亮度會變高，當透光性構件變厚時，發光二極體之亮度有變高的傾向。透光性構件，在不影響到導線框架之組裝的範圍下，最好使其形成為較大。

再者，本發明並不限於上述實施形態之記載，可以作各種變更而實施。例如，在上述的實形態中，雖然以使用藍寶石基板和GaN系之半導體材料的發光晶片作為例示，但結晶成長用基板以及半導體材料並不以此為限。此外，為了提升加工性，雖然宜將藍寶石基板等之結晶成長用基板作成較薄，但未必要使結晶成長用基板變薄。

又，在上述實施形態中，雖然以使n型半導體層、作為發光層之半導體層，以及p型半導體層依序設置之層疊體122作為例示，但層疊體122之構成並不以此為限。層疊體122至少宜構成為可藉由電子和電洞之再結合而發出光。另外，上述實施形態之構成、方法等，只要不脫離本發明之目的範圍，均可以作適當變更而實施。

產業上之可利用性

本發明對於提升設有形成發光層之晶片的發光二極體的發光效率是有用的。