WO2009066398A1 - 発光装置 - Google Patents

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    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device used for a light emitting diode display device, an LCD backlight light source, illumination, and the like, and more particularly to a structure for improving the light extraction efficiency of a light emitting device such as a resin sealed light emitting diode.
  • FIG. 1 shows typical structures of display devices, LCD backlights, and LEDs for lighting, among light-emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) and organic and inorganic EL.
  • LEDs light-emitting diodes
  • FIG. 1 shows typical structures of display devices, LCD backlights, and LEDs for lighting, among light-emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) and organic and inorganic EL.
  • the LED chip 2 is placed in a housing package having a reflective case 1 made of plastic or ceramic and has a high anti-emissivity, and after die bonding using silver paste or silicone resin die bond agent 4 on the external metal electrode 5. Then, the positive and negative electrodes of the LED chip are bonded to each external electrode with wires 6, and liquid sealing resin 3 is injected using a dispenser, and the sealing resin is cured.
  • the LED chip uses a single color such as RGB, a combination of these, or other light emitting colors including yellow.
  • the LED chip shown in Fig. 1 has electrodes only on the front surface, and bonding is performed with two wires, while those with electrodes on the front and back surfaces of the LED chip are bonded with one wire.
  • the wire is a gold wire or aluminum wire with a diameter of 25 to 30 / x m
  • the sealing resin is an epoxy resin or a silicone resin.
  • the reflective case is made of PPA for plastic and AI2O3 for ceramic.
  • the refractive index of silicone resin or epoxy resin for the sealing resin is about 1.5
  • the light emitted from the LED chip is separated from the sealing resin. All the light reflected and emitted from the air interface cannot be taken out.
  • the light 8 emitted from the LED chip 2 is reflected by the reflecting case 1, and the light 8 incident at an angle 9 of 41.8 degrees or more with respect to the vertical direction of the sealing resin surface is This is because it is totally reflected on the surface of the sealing resin and cannot be taken out to the outside.
  • the LED light extraction efficiency using the slim package which is often used for LCD backlights, etc., whose LED basic structure is the same as that shown in Fig. 1, is low.
  • SPKG slim package
  • the optical output is the same as that of the light extraction side using the TO-18 package shown in Fig. 2 using the same chip.
  • the stop resin shape is a convex lens shape, which is 50 to 60% of the light output of the LED. For this reason, in order to improve the light extraction efficiency, it has been conventionally practiced to provide an uneven light scattering portion on the LED light emitting sealing resin surface.
  • the method of mechanically roughing the LED sealing resin surface, the method of resin sealing the LED chip with a mold with a rough surface, or sealing the LED chip A method of making the surface of the sealing resin composition an etching rough surface with a solution in which the filler is dissolved after curing a sealing resin composition in which a powder filler is mixed with a transparent sealing resin.
  • JP-A-56-019686 discloses Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-368289 discloses a method for forming a fine uneven surface on the surface of an LED sealing resin by laser ablation, and a resin film having an additional uneven surface formed on the surface of an LED sealing resin.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234509 discloses a method for doing this.
  • the unevenness on the surface of the sealing resin is created by a simpler process rather than a complicated process.
  • the LED of the present invention has a convex solid transparent resin protrusion formed on the surface of the sealing resin, the light extraction efficiency is improved, the luminance is improved, the light is scattered at a wide angle, and the light emission varies depending on the viewing angle. There is an advantage that light can be emitted uniformly in all directions.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional LED.
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view when assembled in a TO-18 package.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the LED of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing that light is totally reflected on the surface of the sealing resin.
  • FIG. 5 is an enlarged structural plan view showing the relationship between the sealing resin and the solid transparent resin, which is a feature of the LED of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional view of the structure when the sealing resin is injected into the housing package in two stages.
  • Fig. 7 is a diagram of the resin being hardened downward when the specific gravity of the solid transparent resin is larger than that of the liquid sealing resin.
  • Fig. 3 shows a schematic cross-sectional view of the structure of the LED of the present invention.
  • a solid transparent resin 7 having a specific gravity different from that of the sealing resin 3 is mixed in a liquid sealing resin, and the LED chip 2 is injected into a housing package having a reflective case 1 bonded with a die bond and a wire bond.
  • a part of the transparent resin 7 appears on the surface of the encapsulating resin and then cured to produce an LED having a solid transparent resin protrusion formed in a convex shape on the encapsulating resin surface.
  • the solid transparent resin 7 exists so as to overlap non-uniformly near the surface of the sealing resin 3. This has the advantage that the light extraction efficiency is improved and the light is scattered at a wide angle, so that the light emission does not vary depending on the viewing angle, and the light is emitted uniformly in all directions.
  • the liquid sealing resin a silicone resin or an epoxy resin which is usually used as a sealing resin can be used.
  • the sealing resin and the solid transparent resin may have different specific gravities, but in order to shorten the time for the solid transparent resin to move to the surface of the sealing resin after injecting the mixture of the two into the housing package, the sealing resin
  • the specific gravity difference between the solid transparent resin and the solid transparent resin is preferably 50 kg-no m 3 or more.
  • plastic particles (Sekisui Chemical's Micropearl SP), polycarbonate, polypropylene, and epoxy particles mainly composed of dibulene benzene are used.
  • the average particle size of the solid transparent resin is preferably 5 to 80 ⁇ . When the average particle size is less than 5 / m, the time for the solid transparent resin to appear on the surface of the sealing resin becomes longer, and it tends to aggregate. If it is larger than 8 ⁇ ⁇ , the state of solid transparent resin appearing on the surface of the sealing resin is not stable.
  • the particle size distribution of the solid transparent resin is preferably narrow so that the solid transparent resin exists uniformly on the surface of the sealing resin.
  • the mixing amount of the solid transparent resin is preferably 1 to 20% by weight from the viewpoint of the viscosity of the mixture and the light extraction efficiency. If it is less than 1% by weight, the light extraction efficiency is reduced, and if it is 20% by weight or more, the viscosity of the mixture increases and the time for the solid transparent resin to appear on the surface of the sealing resin is prolonged.
  • the solid transparent resin When the specific gravity of the solid transparent resin is smaller than that of the encapsulating resin, the solid transparent resin floats on the encapsulating resin surface, and a part of the solid transparent resin appears on the encapsulating resin surface to show a convex shape. If the specific gravity of the solid transparent resin is greater than that of the sealing resin, the sealing resin surface in the housing package having the reflective case is directed in the direction of gravity before the sealing resin is cured. Make transparent resin convex it can. This state is shown as a schematic cross-sectional view in FIG. If the particle size of the solid transparent resin is large, it is preferable to place the coating with the release agent on the resin surface and turn the housing package upside down.
  • the sealing resin may be injected into the housing package having the reflective case in two stages. First, only the sealing resin is injected to the middle of the package depth, and then a sealing resin mixed with a solid transparent resin is injected. At the same time as the time that the solid transparent resin appears on the surface of the sealing resin can be shortened, the solid transparent resin 7 is more uniformly present on the surface of the sealing resin 3 as shown in FIG. Can be big.
  • LED elements of other colors including blue and white, or a combination of these LEDs such as RGB can be used.
  • the sapphire substrate is polished to a thickness of about 100 / m, The wafer is cut by the scribing method and the size is 0.3 5 mmx0.
  • a blue LED chip of 5 mm was created. Next, a blue LED chip was die-bonded with a silicone resin die-bonding agent and cured in a package on a lead frame on which a number of packages with reflection cases formed by injection molding were mounted. After that, wire bonds on the anode and cathode sides were made with a gold wire with a diameter of 25 ⁇ m.
  • SRC1011 made by Shin-Etsu Silicone was used as the silicone resin for the sealing resin.
  • the specific gravity of this resin is 1. lx l 0 3 Kg / m 3 .
  • Sekisui Chemical's Micropearl SP was used as a solid transparent resin plastic ball.
  • the diameter of the plastic ball is about 3 0 / xm, specific gravity: 1. a 1 9x 1 0 SKgZm 3.
  • the light output of the LED produced in this way was 20% higher than the light output of the LED without plastic balls.
  • Example 1 except that 3% by weight of plastic balls with a particle size of 10 ⁇ are used, the LED light output without using the plastic ball is the same as in Example 1 and the LED light output is measured. It was improved by 15%.
  • a wafer with a light-emitting structure with a light-emitting layer of InGaN and a dominant wavelength of 46 Onm is formed on a C-plane sapphire substrate by MOCVD epitaxial growth, and then the sapphire substrate is polished to a thickness of about 100 ⁇ and scribed.
  • the wafer was cut by this method to create a blue LED chip with a size of 0.35 mm x 0.35 mm.
  • Color The LED chip was cured by die bonding with a silicone resin die bonding agent. After that, wire bonding was performed on the anode side and the force sword side with a gold wire with a diameter of 25 ⁇ .
  • the opening size of the housing package that is, the upper end size of the reflection case is 0.7 mm x 0.7 mm.
  • the plastic ball shown in Example 1 was used as a solid transparent resin, and a jig capable of thinly spraying it to a size of 0.7 mm ⁇ O. 7 mm was prepared in advance.
  • the silicone resin shown in Example 1 was used as the sealing resin, and was injected into the housing package with a quantitative dispenser. After the resin was injected, the lead frame was turned upside down, and it was hardened together with the opening of the housing package and the jig with the plastic balls prepared earlier. The plastic ball was transferred to the sealing resin side.
  • the light output of the LED thus created was 25% higher than the light output of the LED that does not use plastic balls.

Abstract

樹脂封止したLED等の発光装置に関するものであり、このLEDの光取出し効率を向上させるために、LEDの封止樹脂表面の凹凸をより簡単なプロセスによって形成できるようにしたLEDに関するものである。液状の封止樹脂と封止樹脂とは比重が異なる固形の透明樹脂を混合後、LEDチップが組み込まれたパッケージ内に注入、硬化して封止するLEDにおいて、LEDチップからの光が外部に射出される封止樹脂側の表面に固形の透明樹脂の一部分が露出し、一部分が封止樹脂中に埋没して固着され凸状に突起していることを特徴とするLEDである。このLEDはLED表示装置、LCDバックライト光源、照明などに利用される。

Description

発光装置 技術分野
本発明は発光ダイオード表示装置、 LCDバックライト光源、 照明などに利用される発 光装置にかかわり、 特に樹脂封止した発光ダイォード等の発光装置の光取り出し効率を 向上させる構造に関するものである。 背景技術 明
発光装置として発光ダイオード （以下 LED と称する。） や、 有機や無機の EL等があ る中で、 表示装置、 LCDバックライ ト、 照明用の LEDの代表的な構造を図 1に示す。 これは、 プラスチックやセラミックからなる反書射率の良い反射ケース 1を有する筐体パ ッケージ内に LED チップ 2を外部メタル電極 5上に銀ペーストまたはシリコーン樹脂 ダイボンド剤 4を用いてダイボンド後硬化を行い、 LED チップの正負電極を各々の外部 電極にワイヤ 6でボンディングし、 ディスペンサーを用いて液状の封止樹脂 3を注入し、 封止樹脂を硬化させたものである。
LEDチップは RGB等の単色やこれらの組合せや、 黄色を含むその他の発光色のもの を使用する。 図 1に示した LEDチップは表面のみに電極があり、 2本のワイヤでボンデ ィングを行っているが、 LEDチップの表面と裏面に電極があるものは 1本のワイヤでボ ンディングを行う。 ワイヤは直径 2 5〜3 0 /x mの金線かアルミニューム線が用いられ、 封止樹脂はエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂が用いられる。 反射ケースの材質はブラ スチックの場合は PPA, セラミックの場合は AI2O3等が用いられる。
封止樹脂用のシリコーン樹脂やエポキシ樹脂の屈折率は約 1 . 5であるために、 LED チップの発光を、 封止樹脂を通して外部に取り出す際に、 LED チップで発光した光が封 止樹脂と空気の界面で反射し、 発光した全部の光を外部に取り出せない。 これは、 図 4に 示すように LEDチップ 2で発光した光が反射ケース 1で反射し、 封止樹脂表面の垂直方 向に対して角度 9が 4 1 . 8度以上で入射した光 8は封止樹脂表面で全反射され外部に取 出されなくなるためである。
したがって、 LEDの基本構造が図 1と同じである LCDバックライ 卜等によく使用さ れているスリムパッケージ (以下 SPKGと称する。） を用いた LEDの光取出し効率は低 レ、。例えば、ドミナント波長 4 6 O nmを示す InGaNからなる青色チップを用いて、 SPKG を使用した場合の光出力は、 同一チップを用いた図 2に示す TO— 18パッケージを用い た光取出し側の封止樹脂形状が凸レンズ状である LEDの光出力の 5 0〜 6 0 %である。 このために光取出し効率を向上させるために、従来から LEDの発光射出封止樹脂面に 凹凸状の光散乱部を設けることが行われてきた。 LEDの封止樹脂表面を機械的に粗にす る方法や、 LEDチップを表面が粗である金型で樹脂封止する方法や、 LEDチップを封止 する透明封止樹脂に粉末の充填剤を混合した封止樹脂組成物を硬化させた後、 上記充填 剤が溶解される溶液で前記封止樹脂組成物の表面をエッチング粗面にする方法等が特開 昭 56-019686に開示されている。 またレーザーアブレーシヨンによって LEDの封止樹 脂表面に微細な凹凸面を形成する方法が特開 2002-368289に、 また LEDの封止樹脂表 面に別途凹凸面が形成された樹脂膜を印刷したりする方法が特開 2003-234509 に開示 されている。
これらの方法は LED製造プロセスを複雑にする点で好ましくない。 したがって、 より 簡単に封止樹脂面に凹凸を形成するプロセスによって作成された LEDが望まれている。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
LEDの光取出し効率を向上させるために封止樹脂表面に凹凸を複雑なプロセスでな よりシンプ なプロセスで作成することである。
課題を解決するための手段
LEDチップがダイボンドとワイヤボンドされた反射ケースを有する筐体パッケージ内 に液状の封止樹脂を注入し、 硬化して封止する LEDにおいて、 LEDチップからの光が 外部に射出される封止樹脂側の表面に封止樹脂とは比重が異なる固形の透明樹脂の一部 分が露出し、 一部分が封止樹脂中に埋没して固着され凸状に突起していることを主要な 特徴とする。
発明の効果
本発明の LEDは封止樹脂表面に凸状の固形の透明樹脂突起が形成されているので、光 取出し効率を向上し輝度が向上するとともに、 光が広角に散乱され、 見る角度によって 発光がばらつくことなく、 全方向に対して均等に発光できるという利点がある。
図面の簡単な説明
図 1は従来の LEDの構造を示す模式断面図である。
図 2は TO— 18のパッケージに組み立てた時の模式断面図である。
図 3は本発明の LEDの構造を示す模式断面図である。
図 4は光が封止樹脂表面で全反射していることを示す図である。
図 5は本発明の LEDの特徴である封止樹脂と固形の透明樹脂の関係を示す拡大構造 面図である。
図 6は封止樹脂を二段階に筐体パッケージに注入した場合の構造断面図である。
図 7は固形の透明樹脂の比重が液状の封止樹脂より大きい場合、 下向けにして樹脂硬 化した図である。
符号の説明
1 反射ケース
2 LEDチップ （発光素子） 4 ダイボンド剤
5 メタル電極
6 ワイヤ
7 固形の透明樹脂
8 光線
9 角度
発明を実施するための最良の形態
図 3に本発明の LEDの構造の模式断面図を示す。液状の封止樹脂中に、封止樹脂 3と 比重が異なる固形の透明樹脂 7を混合し、 LED チップ 2がダイボンドとワイヤボンドさ れた反射ケース 1を有する筐体パッケージ内に注入し固形の透明樹脂 7の一部が封止樹 脂表面に現れるようにした後硬化させ、封止樹脂表面に凸状に固形の透明樹脂突起が形成 された LEDを作成する。 より実際的には図 5に示すように封止樹脂 3の表面付近で固 形の透明樹脂 7が不均一に重なり合うように存在している。 このことにより光取出し効 率が向上するとともに、 光が広角に散乱され、 見る角度によって発光がばらつくことな く、 全方向に対して均等に発光するようになる利点がある。
液状の封止樹脂は、 通常封止樹脂として使用されるシリコーン樹脂やエポキシ樹脂が 使用できる。 封止樹脂と固形の透明樹脂は比重が異なればよいが、 筐体パッケージに両 者の混合物を注入後、 固形の透明樹脂が封止樹脂表面に移動する時間を短くするために、 封止樹脂と固形の透明樹脂の比重差は 5 0 K gノ m 3以上が好ましレ、。
固形の透明樹脂はジビュルべンゼンを主成分とするプラスチック粒子 （積水化学製ミ クロパール SP) やポリカーボネート、 ポリプロピレンやエポキシから成る粒子が使用で さる。
固形の透明樹脂は球状に近い方が、 液状樹脂中に混合した場合粘度が低くなり好まし いが、 異形であっても光取出し効率は向上する。 固形の透明樹脂の平均粒径は 5〜8 0 μ πιが好ましい。 平均粒径が 5 / m より小さいと固形の透明樹脂が封止樹脂表面に現れ る時間が長くなり、また凝集しやすくなる。 8 Ο μ πιより大きいと固形の透明樹脂が封止 樹脂表面に現れる状態が安定しない。 固形の透明樹脂の粒度分布は、封止樹脂表面に固形 の透明樹脂が均一に存在するようにするために、狭い方が好ましい。 固形の透明樹脂の混 合量は混合物の粘度と光取出し効率の点から 1〜2 0重量％が好ましい。 1重量％より 少ないと光取出し効率が小さくなり、 2 0重量％以上では混合物の粘度が大きくなり固 形の透明樹脂が封止樹脂表面に現れる時間が長くなる。
固形の透明樹脂の比重が封止樹脂より小さい場合は、 固形の透明樹脂は封止樹脂表面 に浮上し、 その一部分が封止樹脂表面上に出て、 凸状を示す。 固形の透明樹脂の比重が 封止樹脂より大きい場合は封止樹脂の硬化前に反射ケースを有する筐体パッケージ内の 封止樹脂面が重力方向に向くようすることで封止樹脂表面に固形の透明樹脂を凸状に できる。 この状態を図 7に模式断面図として示す。 固形の透明樹脂の粒径が大きい場合 は離形剤が塗布された塗布を樹脂表面に置き、 筐体パッケージを逆さにすることが好ま しい。
反射ケースを有する筐体パッケージへの封止樹脂の注入は二段階で行ってもよい。 ま ず封止樹脂だけをパッケージの深さの途中まで注入し、 その後固形の透明樹脂を混合し た封止樹脂を注入する。 固形の透明樹脂が封止樹脂表面に現れる時間を短縮できると同 時に、 図 6に示すように固形の透明樹脂 7が封止樹脂 3の表面上により均一に存在する ようになり光取出し効率を大きくできる。
LED素子は青色や白色を含むその他の色の LED素子や RGBのようなこれらの組み合 わせた LEDを用いることができる。
実施例 1
C面サファイア基板上に MOCVDェピタキシャル成長法で発光層が InGaNで、 ドミ ナント波長が 4 6 Onmとなる発光構造のウェハを作成後、 サファイア基板を 1 0 0 / m 程度の厚みまで研磨し、 スクライビング法でウェハを切断し、 サイズ 0. 3 5 mmx0.
3 5 mmからなる青色 LEDチップを作成した。 ついでインジェクションモールドで反射 ケースを形成したパッケージが多数載っているリードフレーム上のパッケージ内に、 青 色 L EDチップをシリコーン樹脂製ダイボンド剤でダイボンドを行い硬化させた。 その 後直径 2 5 μ mの金線でァノ一ド側とカソード側のワイヤボンドを行つた。
封止樹脂のシリコーン樹脂は信越シリコーン製の SRC1011を使用した。 この樹脂の比 重は 1. lx l 03Kg/m3である。 固形の透明樹脂としてのプラスチックボールは積水 化学製のミクロパール SPを使用した。 このプラスチックボールの直径は約 3 0 /x mで、 比重は 1. 1 9x 1 0 SKgZm3である。 シリコーン樹脂中にプラスチックボールを 5重 量％混合後、 定量ディスペンサーで筐体パッケージに注入した。 混合物の樹脂注入後、 リ ―ドフレームを逆さにして、 すなわち封止樹脂面を下にして硬化を行った。
こうして作成した LEDの光出力は、プラスチックボールを使用しない LEDの光出力よ り、 2 0 %向上した。
実施例 2
実施例 1において粒径 1 0 τ のプラスチックボールを 3重量％使用すること以外は、 実施例 1と同様に LEDを作成しその LEDの光出力を測定すると、 プラスチックボール を使用しない LEDの光出力より 1 5 %向上していた。
実施例 3
C面サファイア基板上に MOCVDェピタキシャル成長法で発光層が InGaNで、 ドミ ナント波長が 4 6 Onmとなる発光構造のウェハを作成後、 サファイア基板を 1 0 0 μπι 程度の厚みまで研磨し、 スクライビング法でウェハを切断し、 サイズ 0. 3 5 mmx0. 3 5 mmからなる青色 LEDチップを作成した。 ついでインジェクションモールドで反射 ケースを形成したパッケージが多数載っているリ一ドフレーム上のパッケージ内に、 胄 色 LEDチップをシリコーン樹脂製ダイボンド剤でダイボンドを行い硬化させた。 その 後直径 25 μιη の金線でアノード側と力ソード側のワイヤボンドを行った。 筐体パッケ ージの開口寸法、 すなわち反射ケースの上端寸法は 0. 7mmx0. 7mmである。 固形の透明樹脂として実施例 1で示したプラスチックボールを使用し、 これを 0. 7 mmxO. 7mm の大きさに薄く散布できる冶具を予め用意した。 封止樹脂として実施例 1で示したシリコーン樹脂を用い、 定量ディスペンサーで筐体パッケージに注入した。 樹 脂注入後、 リードフレームを逆さにして、筐体パッケージの開口部と先に用意したプラス チックボールが散布された冶具と合わせ、硬化を行った。 プラスチックボールは封止樹脂 側に転写された。
こうして作成した LEDの光出力は、 プラスチックボールを使用しない LEDの光出力 より、 25%向上した。 産業上の利用可能性
大きな光出力が必要とされる LED表示装置、 LCDバックライト光源、 照明などに利 用される。

Claims

請 求 の 範 囲
. 発光素子が組み込まれたパッケージ内に液状樹脂の封止樹脂を注入し、 硬化して封 止する発光装置において、 発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂側の表面に 封止樹脂とは比重が異なる固形の透明樹脂の一部分が露出し、 一部分が封止樹脂中に 埋没して固着され凸状に突起していることを特徴とする発光装置。
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