(57)【要約】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。
2009066398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【発明の詳細な説明】
【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オ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】  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射率の良い反射ケース１を有する筺体パッケージ内に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２５〜３０μｍ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プラスチックの場合はＰＰＡ，セラミックの場合はＡｌ２Ｏ３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４１．８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バックライト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い。例えば、ドミナント波長４６０ｎｍ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５０〜６０％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ョンによって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】
【発明が解決しようとする課題】  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く、よりシンプル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筺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）
３  封止樹脂
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を有する筺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、筺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５０Ｋｇ／ｍ３以上が好ましい。
固形の透明樹脂はジビニルベ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きる。
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５〜８０μｍが好ましい。平均粒径が５μｍ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。８０μｍ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１〜２０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、２０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筺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エピタキシャル成長法で発光層がＩｎＧａＮで、ドミナント波長が４６０ｎｍとなる発光構造のウエハを作成後、サファイア基板を１００μｍ程度の厚みまで研磨し、スクライビング法でウエハを切断し、サイズ０．３５ｍｍｘ０．３５ｍｍ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２５μｍの金線でアノード側とカソード側のワイヤボンドを行った。
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１．１ｘ１０３Ｋｇ／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３０μｍで、比重は１．１９ｘ１０３Ｋｇ／ｍ３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筺体パッケージに注入した。混合物の樹脂注入後、リー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、２０％向上した。
【実施例２】  実施例１において粒径１０μｍ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１５％向上していた。
【実施例３】  Ｃ面サファイア基板上にＭＯＣＶＤエピタキシャル成長法で発光層がＩｎＧａＮで、ドミナント波長が４６０ｎｍとなる発光構造のウエハを作成後、サファイア基板を１００μｍ程度の厚みまで研磨し、スクライビング法でウエハを切断し、サイズ０．３５ｍｍｘ０．３５ｍｍ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２５μｍの金線でアノード側とカソード側のワイヤボンドを行った。筺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０．７ｍｍｘ０．７ｍｍ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。
【図１】
2009066398.tif 000003
【図２】
2009066398.tif 000004
【図３】
2009066398.tif 000005
【図４】
2009066398.tif 000006
【図５】
2009066398.tif 000007
【図６】
2009066398.tif 000008
【図７】
2009066398.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月25日(2008.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置において、
前記封止樹脂の表面の凸状突起は、前記液状樹脂の封止樹脂とは比重が５０Ｋｇ／ｍ３以上相違している平均粒径５〜８０μｍの固形の透明樹脂が、一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記封止樹脂の表面に固着されていることにより形成されている
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項３】
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂をパッケージの深さの途中まで注入した後、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物を前記パッケージの途中まで注入されている封止樹脂の上に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項４】
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入した後、パッケージ内の前記混合物を重力方向に向けることを特徴とする請求項２又は３記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記液状樹脂の封止樹脂と、前記固形の透明樹脂との比重差は５０Ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記固形の透明樹脂は、平均粒径５〜８０μｍであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物における前記固形の透明樹脂が１〜２０重量％であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項記載の発光装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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オ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】
【０００２】
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。
【０００３】
これは、プラスチックやセラミックからなる反射率の良い反射ケース１を有する筺体パッケージ内に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。
【０００４】
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２５〜３０μ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プラスチックの場合はPPA，セラミックの場合はAl2O3等が用いられる。
【０００５】
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、発光した全部の発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４１．８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り出されなくなるためである。
【０００６】
したがって、LEDの基本構造は図１と同じであるLCDバックライト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い。例えば、ドミナント波長４６０nm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り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５０〜６０％である。
【０００７】
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ョンによって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。
【０００８】
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。
【特許文献１】特開昭56-019686号公報
【特許文献２】特開2002-368289号公報
【特許文献３】特開2003-234509号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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く、よりシンプル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】
【００１０】
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筺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。
【００１１】
すなわち、本願が提案するものは、
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置において、
前記封止樹脂の表面の凸状突起は、前記液状樹脂の封止樹脂とは比重が５０Ｋｇ／ｍ３以上相違している平均粒径５〜８０μｍの固形の透明樹脂が、一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記封止樹脂の表面に固着されていることにより形成されている
ことを特徴とする発光装置である。
【００１２】
また、
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法である。
【００１３】
更に、
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂をパッケージの深さの途中まで注入した後、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物を前記パッケージの途中まで注入されている封止樹脂の上に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法である。
【００１４】
前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入した後、パッケージ内の前記混合物を重力方向に向けることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、前記液状樹脂の封止樹脂と、前記固形の透明樹脂との比重差は５０Ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、前記固形の透明樹脂は、平均粒径５〜８０μｍであることを特徴とするものである。
【００１７】
更に、前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、前記液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の透明樹脂との混合物における前記固形の透明樹脂が１〜２０重量％であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
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、光取り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、全方向に対し均等に発光できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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を有する筺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。
【００２０】
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50Kg／ｍ３以上が好ましい。
【００２１】
固形の透明樹脂はジビニルベ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きる。
【００２２】
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５〜8０μmが好ましい。平均粒径が５μm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。8０μm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から１〜２０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、２０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。
【００２３】
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筺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、筺体パッケージを逆さにすることが好ましい。
【００２４】
反射ケースを有する筺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。
【００２５】
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】
【００２６】
Ｃ面サファイア基板上にMOCVDエピタキシャル成長法で発光層がInGaNで、ドミナント波長が４６０nmからなる発光構造のウエハを作成後、サファイア基板を100μm程度の厚みまで研磨し、スクライビング法でウエハを切断し、サイズ0.35ｍｍ ｘ  0.35ｍｍ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２５μmの金線でアノード側とカソード側のワイヤボンドを行った。
【００２７】
封止樹脂のシリコーン樹脂は信越シリコーン製SRC1011を使用した。この樹脂の比重は１．１ｘ103Kg/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３０μｍで、比重１．１９は1.19ｘ103Kg/ｍ3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、リー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。
【００２８】
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のより、２０％向上した。
【実施例２】
【００２９】
実施例１において粒径10μm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のより１５％向上していた。
【実施例３】
【００３０】
Ｃ面サファイア基板上にMOCVDエピタキシャル成長法で発光層がInGaNで、ドミナント波長が４６０nmとなる発光構造のウエハを作成後、サファイア基板を100μm程度の厚みまで研磨し、スクライビング法でウエハを切断し、サイズ0.35ｍｍ ｘ  0.35ｍｍ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２５μmの金線でアノード側とカ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０．７ｘ０．７mmである。
【００３１】
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０．７ｘ０．７mm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。
【００３２】
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のより、２５％向上した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のLEDの構造を示す模式断面図である。
【図２】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】本発明のLEDの構造を示す模式断面図である。
【図４】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】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断面図である。
【図６】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】固形の透明樹脂の比重が液状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】
【００３５】
１  反射ケース
２  LEDチップ（発光素子）
３  封止樹脂
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
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月24日(2008.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置において、
前記封止樹脂の表面の凸状突起は、前記液状樹脂の封止樹脂とは比重が５０Ｋｇ／ｍ３以上相違している平均粒径５〜８０μｍの固形の球状透明樹脂が、一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記封止樹脂の表面に固着されていることにより形成されている
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の球状透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の球状透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項３】
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂をパッケージの深さの途中まで注入した後、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物を前記パッケージの途中まで注入されている封止樹脂の上に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の球状透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の球状透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項４】
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入した後、パッケージ内の前記混合物を重力方向に向けることを特徴とする請求項２又は３記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記液状樹脂の封止樹脂と、前記固形の球状透明樹脂との比重差は５０Ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記固形の球状透明樹脂は、平均粒径５〜８０μｍであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物における前記固形の球状透明樹脂が１〜２０重量％であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項記載の発光装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
すなわち、本願が提案するものは、
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置において、
前記封止樹脂の表面の凸状突起は、前記液状樹脂の封止樹脂とは比重が５０Ｋｇ／ｍ３以上相違している平均粒径５〜８０μｍの固形の球状透明樹脂が、一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記封止樹脂の表面に固着されていることにより形成されている
ことを特徴とする発光装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の球状透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の球状透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
更に、
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、硬化させて封止し、発光素子からの光が外部に射出される封止樹脂の表面に凸状の突起が形成されている発光装置を製造する方法において、
液状樹脂の封止樹脂をパッケージの深さの途中まで注入した後、
液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物を前記パッケージの途中まで注入されている封止樹脂の上に注入して、硬化、封止を行うことにより、
前記固形の球状透明樹脂の一部分が前記封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の球状透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物をパッケージ内に注入した後、パッケージ内の前記混合物を重力方向に向けることを特徴とするものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、前記液状樹脂の封止樹脂と、前記固形の球状透明樹脂との比重差は５０Ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、前記固形の球状透明樹脂は、平均粒径５〜８０μｍであることを特徴とするものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
更に、前記本発明のいずれかの発光装置の製造方法において、前記液状樹脂の封止樹脂と当該封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂との混合物における前記固形の球状透明樹脂が１〜２０重量％であることを特徴とするものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明のLEDは、液状樹脂の封止樹脂とは比重が相違している固形の球状透明樹脂の一部分が封止樹脂の表面に露出し、他の部分が前記封止樹脂中に埋没している状態で前記固形の球状透明樹脂を前記封止樹脂の表面に固着させ、前記封止樹脂の表面の凸状突起を形成することによって、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、光取り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、全方向に対し均等に発光できるという利点がある。
【国際調査報告】
2009066398.tif 000010
2009066398.tif 000011
2009066398.tif 000012
2009066398.tif 000013