JP2006066786A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを増大させることなしに配光特性のばらつき及び寿命の低下を防止することができる発光ダイオードを提供する。
【解決手段】 銅箔４２による回路パターンが設けられた基礎基板４上に、ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）１が実装され、実装されたＬＥＤチップ１を囲繞する環状の囲繞部２が形成されている。囲繞部２は、ＬＥＤチップ１及びワイヤ１１，１１よりも高い所定の高さを有し、透光性の樹脂で形成されている。更に、囲繞部２の内側に透光性の樹脂が充填されることによって、ＬＥＤチップ１を覆う被覆部３がドーム状に形成されている。囲繞部２の位置は容易に制御することが可能であり、また被覆部３内に気泡が残留しないので、囲繞部２の位置のばらつきに起因する配光特性のばらつき、並びに被覆部３内の気泡に起因する配光特性のばらつき及び寿命の低下を防止することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板上に発光ダイオード素子を実装した表面実装型の発光ダイオードに関し、特に白色光を発生する発光ダイオードに関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、ｐｎ接合を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）を備えた発光装置であり、サイズが小さく、消費電力、発光特性、耐久性など様々な優れた特徴を有している。このため、各種のインジケータ及び光源として利用されている。現在では、紫外、青、緑、赤など様々な波長の光を発生するＬＥＤが開発されている。特に、青色光を発生するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの発光波長を変換する蛍光体とを組み合わせることにより、白色光を発生するＬＥＤが開発されており、照明または液晶のバックライト等に利用されている。こういったＬＥＤの形態としては、外部接続用のリード線を備えた砲弾型のＬＥＤ、基板上に一又は複数のＬＥＤチップが実装された表面実装型のＬＥＤ等が従来用いられている。

図３は、従来の表面実装型のＬＥＤの構成例を示す断面図である。アルミ基板又は銅基板等の基礎基板４上に絶縁層４１が形成され、絶縁層４１の表面に、銅箔４２による回路パターンが形成されている。銅箔４２による回路パターンの上には、ＬＥＤチップ１が実装されるべき回路パターンの部分に対応する部分を開口させた開口部を有するガラス基板等の絶縁基板５が接着剤５１で接着されている。絶縁基板５の表面にはレジスト層４３が形成されている。これにより、絶縁基板５が有する開口部の部分が凹部となった基板が構成される。基板の凹部では、銅箔４２による回路パターンが露出し、絶縁基板５の壁に囲まれている。この基板の凹部にＬＥＤチップ１が実装され、銅箔４２による回路パターンとＬＥＤチップ１とはワイヤ１１，１１によりワイヤボンディングされている。ワイヤ１１，１１が接続される銅箔４２の表面には、金メッキ又は銀メッキ等のメッキが施されている。更に、ＬＥＤチップ１が実装された凹部内に樹脂が充填されることによって、ＬＥＤチップ１及びワイヤ１１，１１を覆う被覆部３が形成されている。

基礎基板４としては、放熱性の観点からアルミ基板又は銅基板が用いられるが、主にコスト的に優位なアルミ基板が用いられる。絶縁基板５としてはガラス基板が用いられる。被覆部３を構成する樹脂には、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂が用いられる。被覆部３は、これらの樹脂を凹部に充填して硬化させることで形成される。ＬＥＤチップ１として青色光を発光するＬＥＤチップ１を使用し、このＬＥＤチップ１が発生する青色光をより波長の長い光へ変換する蛍光体を樹脂に混合して被覆部３を形成することにより、白色光を発生するＬＥＤを構成することができる。被覆部３に含まれる蛍光体の濃度、被覆部３の厚さ、及び被覆部３の形状を調整することにより、ＬＥＤが発生する光の色、明るさ、配光状態等の性能を調整することができる。なお、被覆部３の厚さは絶縁基板５の厚さを変更することで変更可能であり、被覆部３の形状は絶縁基板５の開口部の形状を変更することで変更可能である。また、複数の開口部を有する絶縁基板５を用いることで基板に複数の凹部を設け、複数のＬＥＤチップ１を実装したＬＥＤを構成することも可能である。

以上に説明した表面実装型のＬＥＤは、凹部を有する基板の製造が容易であるので、製造コストを低く抑えることができるという利点を有する構成である。
特開２０００−２５２５２３号公報

ところで、前述した構成のＬＥＤは、基礎基板４に絶縁基板５を接着する工程では、絶縁層４１及び銅箔４２による回路パターンが形成された基礎基板４と絶縁基板５との間に接着剤５１を介在させて熱圧着を行う。熱圧着により形成された基板が冷却される際には、アルミ基板である基礎基板４とガラス基板である絶縁基板５とでは熱収縮率が異なるので、絶縁基板５が有する開口部の絶縁基板５に対する位置がずれ、基板に形成された凹部の位置がずれる可能性がある。凹部の位置がずれた場合は、凹部内でＬＥＤチップ１が実装される位置が相対的にずれるので、ＬＥＤの配光状態が変化することとなる。熱収縮率の違いによる凹部の位置のずれを全ての製品について一律に制御することは困難であるので、ＬＥＤの配光特性が個々の製品でばらつくことがある。

また熱圧着の際には、接着剤５１の一部が気化し、銅箔４２による回路パターンに施されている金メッキ等の上に接着剤の膜が形成されることがある。このように金メッキ等の上に接着剤の膜が形成された場合は、ワイヤ１１，１１によるワイヤボンディングができなくなるので、熱圧着後に銅箔４２による回路パターンの表面を洗浄して接着剤の膜を除去する必要がある。従って、この洗浄の工程が増えることによって、ＬＥＤの製造コストが増えていた。

また絶縁基板５はガラス基板であって内部に空気を含んでいるので、被膜部３を形成するために凹部に充填された樹脂が硬化する前に、絶縁基板５の内部に含まれている空気が樹脂の中へ漏れ出す現象が発生する。樹脂の中へ漏れだした空気は、樹脂が硬化して形成された被膜部３内に気泡として残留する。被膜部３内に残留した気泡により、ＬＥＤチップ１が発生した光の被膜部３内での進路が妨害され、また被覆部３内の気泡の分布は制御できないので、ＬＥＤの配光特性が個々の製品でばらつくことがある。また、気泡がワイヤ１１，１１の下に位置している場合は、ＬＥＤの発光に伴う温度上昇により気泡が膨張してワイヤ１１，１１が切断されることがあるので、ＬＥＤの寿命が短くなる可能性がある。

また被膜部３を形成するために凹部に充填された樹脂が硬化する途中で、絶縁基板５から樹脂内へ漏れだした空気の一部が樹脂の表面から排出されるので、樹脂がレジスト層４３の表面よりも盛り上がるように樹脂を凹部に充填させた場合は、樹脂が硬化する途中で樹脂が凹部からあふれ出る現象が発生する。従って、樹脂があふれ出ないように樹脂の充填量を少な目にする必要がある。樹脂の量を少な目にして被膜部３を形成した場合は、樹脂が周囲の絶縁基板５に引きつけられるので、被覆部３は、絶縁基板５に接する周辺部の厚さが大きく、ＬＥＤチップ１の真上付近にあたる中央部の厚さが小さくなり、全体として凹状になる。ＬＥＤチップ１から発生した光は、被覆部３内の種々のコースを通過して外部へ発光されるので、被覆部３の中央部を通過する光と被覆部３内の周辺部を通過する光とでは樹脂中の通過距離が異なる。樹脂中を光が通過する距離が異なることにより、樹脂による光の吸収量及び蛍光体により波長が変化させられる程度が異なるので、光の方向によって光の色合いが変化することがある。従って、ＬＥＤが発生する光に角度に応じた色合いの変化が発生する可能性がある。

またＬＥＤチップ１が横方向へ発生した光は絶縁基板５で吸収されるので、その分だけＬＥＤの発光量が小さくなるという問題がある。この点に関しては、凹部内の絶縁基板５の壁に金メッキ等を施すことにより、ＬＥＤチップ１が横方向へ発生した光を反射させてＬＥＤの発光量を増大させることも可能であるが、この場合は工程が増えることによりＬＥＤの製造コストが増加する。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、開口部を有する絶縁基板を用いることなしに被覆部を形成することにより、製造コストを増大させることなしに配光特性等のばらつき及び寿命の低下を防止することができる発光ダイオードを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、配光特性が安定した白色光を発光する発光ダイオードを提供することにある。

また本発明の他の目的とするところは、発生する光の色合いを発光の角度によらずにほぼ同一とすることによって発光の色合いが安定した発光ダイオードを提供することにある。

更に本発明の他の目的とするところは、製造コストを増大させることなく従来に比べて発光量が増大した発光ダイオードを提供することにある。

第１発明に係る発光ダイオードは、基板と、該基板上に実装された発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を透光性の樹脂で覆った被覆部とを備える発光ダイオードにおいて、前記基板上に、前記発光ダイオード素子を囲繞し、所定の高さを有する樹脂製の囲繞部を備え、前記被覆部は、前記基板上の前記囲繞部の内側に透光性の樹脂を充填して形成されていることを特徴とする。

第１発明においては、ＬＥＤ（発光ダイオード）は、基板上にＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）が実装され、実装された発光ダイオード素子を囲繞し、基板の表面から所定の高さまで盛り上がった樹脂製の囲繞部を備え、基板上の囲繞部によって囲繞されている内側の部分に樹脂を充填することによって被覆部が形成されている。

第２発明に係る発光ダイオードは、前記被覆部は、前記発光ダイオード素子が発生した光を吸収して発光する蛍光体を含むことを特徴とする。

第２発明においては、ＬＥＤの被覆部は、ＬＥＤが発生する光を吸収して他の波長の光へ変換する蛍光体を含んでいる。

第３発明に係る発光ダイオードは、前記被覆部は、中央部が前記囲繞部の高さよりも盛り上がった凸状に形成されてあることを特徴とする。

第３発明においては、ＬＥＤの被覆部は、中央部が囲繞部の高さよりも盛り上がった凸状に形成されている。

第４発明に係る発光ダイオードは、前記囲繞部は、透光性の樹脂で構成されていることを特徴とする。

第４発明においては、ＬＥＤの囲繞部は透光性の樹脂で形成されている。

第１発明にあっては、ＬＥＤチップを囲繞して内側に被覆部が形成される囲繞部は、ディスペンサーを用いて形成することで位置を制御することができるので、被覆部を形成するための凹部の位置のずれを一律に制御することが困難な従来のＬＥＤに比べて、本発明のＬＥＤは配光特性のばらつきを抑制することができる。またガラス基板を基礎基板に接着させる必要がないので、必要な材料と工程が減少し、またガラス基板の熱圧着時に回路パターンの上に形成される接着剤の膜を除去する必要がないので、ＬＥＤの製造工程が減少して製造コストが減少する。また、ガラス基板を用いる従来のＬＥＤとは異なり、被覆部内に気泡が残留することがないので、被覆部内に残留する気泡に起因するＬＥＤの発光の配光特性のばらつき及び寿命の低下を防止することができる。

第２発明にあっては、被覆部は、ＬＥＤチップが発生する青色光を吸収し、吸収した青色光をより波長の短い光へ変換する蛍光体を含んでいるので、配光特性が安定した白色光を発生する白色ＬＥＤを実現することができる。

第３発明にあっては、ガラス基板を用いる従来のＬＥＤとは異なり、被覆部の樹脂が硬化する途中で樹脂内から空気が排出されることがないので、樹脂を囲繞部の高さよりも盛り上げられた状態であっても囲繞部からあふれ出ることがなく、被覆部は、ＬＥＤチップの真上付近にあたる中央部の厚さが囲繞部の高さよりも盛り上がった凸状に形成することが可能となる。被覆部が凸状に形成されてあることにより、ＬＥＤチップが発生して被覆部の中央部を通過する光と被覆部内の周辺部を通過する光とでは樹脂中を通過する距離がほぼ同程度となるので、樹脂による光の吸収量及び蛍光体により波長が変化させられる程度が光の方向によって異なることがなく、ＬＥＤが発生する光の色合いが角度によらずにほぼ同一となり、発光の色合いが安定する。また凸形状であることにより被覆部はレンズの役割を果たすので、凸形状の高さを調整することによりレンズの効果を調整して、夫々に配光状態が異なった種々のＬＥＤを実現することが可能となる。

第４発明にあっては、囲繞部が透光性の樹脂で形成されてあることにより、ＬＥＤチップが横方向へ発生した光は囲繞部を通過して外部へ発生されるので、製造コストを増大させることなく、従来のＬＥＤに比べてＬＥＤの発光量を増大させることができる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明のＬＥＤ（発光ダイオード）を示す平面図であり、図２は、本発明のＬＥＤの構造を示す断面図である。アルミ基板又は銅基板等の基礎基板４上に絶縁層４１が形成され、絶縁層４１の表面に、銅箔４２による回路パターンが設けられている。銅箔４２による回路パターンの上に、ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）１が実装され、銅箔４２による回路パターンとＬＥＤチップ１とはワイヤ１１，１１によりワイヤボンディングされている。ＬＥＤチップ１の実装部分及びワイヤボンディングの部分を除いた銅箔４２による回路パターンの上には、レジスト層４３が形成されている。なお、基礎基板４は、その他の金属、樹脂又はセラミック等で形成しても良い。

本発明のＬＥＤでは、回路パターン上に実装されたＬＥＤチップ１を囲繞する環状の囲繞部２がレジスト層４３上に形成されている。囲繞部２は、ＬＥＤチップ１及びワイヤ１１，１１よりも高さが高くなるように所定の高さを有しており、平面視で所定の幅を有する環状に形成されている。更に、囲繞部２によって囲繞された内側に透光性の樹脂が充填されることによって、ＬＥＤチップ１及びワイヤ１１，１１を覆う被覆部３が形成されている。ＬＥＤチップ１は青色光を発生するＬＥＤチップであり、被覆部３を構成する樹脂には青色光をより長波長の光へ変換する蛍光体が混合されている。ＬＥＤチップ１が発生する青色光の一部が、被覆部３に含まれる蛍光体によって青色から波長が変換されることにより、本発明のＬＥＤは白色光を発生する白色ＬＥＤとして機能する。

囲繞部２は、ＬＥＤチップ１の周囲に粘度の高い樹脂をディスペンサーで所定の高さを保った状態で平面視で環状に塗布し、塗布した樹脂を硬化させることで形成される。囲繞部２を構成する樹脂は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透光性の樹脂である。被覆部３は、ＬＥＤチップ１の真上付近にあたる中央部の厚さが囲繞部２の高さよりも盛り上がった凸状に形成されており、ドーム状の形状をなしている。これは、囲繞部２はガラス基板とは異なって被覆部３へ空気を漏れ出させることがなく、被覆部３の樹脂が硬化する途中で空気が排出されることがないので、囲繞部２の高さよりも盛り上げた被覆部３の樹脂が囲繞部２を越えてあふれ出ることがなく、被覆部３を囲繞部２の高さよりも盛り上げることが可能になるためである。なお、囲繞部２の平面視での形状は、環状に限るものではなく、所定の幅を有する方形等のその他の形状であってもよい。

囲繞部２及び被覆部３は、共に樹脂で形成されており、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂との組み合わせのように互いに異なる種類の樹脂で形成することも可能であるが、共にエポキシ樹脂で形成する等、同種類の樹脂で形成することが望ましい。これは、囲繞部２の樹脂と被覆部３の樹脂とが互いに異なった種類である場合は、囲繞部２と被覆部３とが剥離し、剥離した部分で光の通過特性が変化する可能性があるからである。囲繞部２を形成する樹脂にはチクソ剤を混入させて粘度を増大させ、被覆部３を形成する樹脂には蛍光体を混合することにより、囲繞部２及び被覆部３を同種類の樹脂で形成することができる。

本発明のＬＥＤは、ガラス基板を基礎基板４に接着させる必要がないので、必要な材料と工程が減少し、ＬＥＤの製造コストが減少する。また、ガラス基板を用いないことにより、ガラス基板の熱圧着時に回路パターンの上に接着剤の膜が形成されることもなく、接着剤の膜を除去する必要がないので、ＬＥＤの製造工程が減少して製造コストが減少する。

また囲繞部２は、ディスペンサーを用いて形成することで位置を制御することができるので、被覆部３を形成するための凹部の位置のずれを一律に制御することが困難な従来のＬＥＤに比べて、本発明のＬＥＤは配光特性のばらつきを抑制することができる。

また、ガラス基板を用いる従来のＬＥＤとは異なり、被覆部３内に気泡が残留することがないので、本発明のＬＥＤは、被覆部３内に残留する気泡に起因する配光特性のばらつき及び寿命の低下を防止することができる。

また本発明のＬＥＤは、囲繞部２の高さよりも盛り上げた被覆部３の樹脂が囲繞部２からあふれ出ることがないので、被覆部３は、ＬＥＤチップ１の真上付近にあたる中央部の厚さが囲繞部２の高さよりも盛り上がった凸状に形成することができる。このように被覆部３が凸状に形成されているので、ＬＥＤチップ１が発生した光が被覆部３の中央部を通過する場合と被覆部３内の周辺部を通過する場合とで樹脂中を通過する距離がほぼ同程度になる。従って、樹脂による光の吸収量及び蛍光体により波長が変化させられる程度が光の方向によって異なることがなく、ＬＥＤが発生する光の色合いが角度によらずにほぼ同一となり、色合いが安定する。また凸形状であることにより被覆部３はレンズの役割を果たすので、樹脂の充填量により凸形状の高さを調整してレンズの効果を調整することにより、夫々に配光状態が異なった種々のＬＥＤを実現することが可能となる。

また本発明のＬＥＤは、囲繞部２が透光性の樹脂で形成されてあるので、ＬＥＤチップ１が横方向へ発生した光は囲繞部２を通過して外部へ発光される。従って、本発明のＬＥＤは、製造コストを増大させることなく、従来のＬＥＤに比べて発光量を増大させることができる。

なお、本実施の形態においては、基礎基板４上に実装された一のＬＥＤチップ１を囲繞部２が囲繞したＬＥＤの形態を示したが、これに限るものではなく、基礎基板４上の囲繞部２の内側に複数のＬＥＤチップ１を実装して被覆部３を形成した形態であってもよく、また、基礎基板４上の複数の箇所で夫々にＬＥＤチップ１を実装して囲繞部２及び被覆部３を形成した形態であってもよい。

本発明のＬＥＤを示す平面図である。 本発明のＬＥＤの構造を示す断面図である。 従来の表面実装型のＬＥＤの構成例を示す断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）
１１ ワイヤ
２ 囲繞部
３ 被覆部
４ 基礎基板

Claims (4)

1. 基板と、該基板上に実装された発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子を透光性の樹脂で覆った被覆部とを備える発光ダイオードにおいて、
   前記基板上に、前記発光ダイオード素子を囲繞し、所定の高さを有する樹脂製の囲繞部を備え、
   前記被覆部は、前記基板上の前記囲繞部の内側に透光性の樹脂を充填して形成されていること
   を特徴とする発光ダイオード。
2. 前記被覆部は、前記発光ダイオード素子が発生した光を吸収して発光する蛍光体を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記被覆部は、中央部が前記囲繞部の高さよりも盛り上がった凸状に形成されてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
4. 前記囲繞部は、透光性の樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかひとつに記載の発光ダイオード。

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