(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板の一方の面に発光層であるＰＮジャンクションとそれらの電極を形成し、前記基板に前記発光層のない側の面から前記発光層に達しない深さに縦横に加工した格子状の溝を形成し、該溝の内部にのみ蛍光体を含有した樹脂を充填し、該樹脂を硬化して成ることを特徴とするＬＥＤ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ素子を使用し、前記電極を基板上の導体パターンと導電接着剤あるいはハンダにより接続実装し、封止樹脂にて封止したことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１に記載のＬＥＤ素子を使用し、前記電極をリードフレームの上端に導電接着剤あるいはハンダにより接続実装し、透明な封止樹脂をドーム付き円筒形に成形して封止したことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項４】
サファイア基板の一方の面に発光層であるＰＮジャンクションとそれらの電極を形成し、前記基板に前記発光層のない側の面から前記発光層に達しない深さに縦横に加工した格子状の溝を形成したＬＥＤ素子を使用し、
蛍光体を含有した樹脂をダイボンド剤として、前記ＬＥＤ素子を前記溝を下向きにして基板の表面にダイボンドし、前記ダイボンド剤は前記溝を充填すると共に前記ＬＥＤ素子を基板に固定し、前記電極と前記基板上の導体パターンをワイヤボンディングで接続し、更に透明な封止樹脂で封止したことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】
ＬＥＤ素子のサファイア基板に発光層のない側からダイサーを用いあるいはエッチングによって前記発光層に達しない深さに縦横に格子状の溝を加工する工程と、前記加工した溝の内部に蛍光体を含有した樹脂を充填して更に硬化させる工程と、前記ＬＥＤ素子の支持体を兼ねた電極端子と前記ＬＥＤ素子に備えた電極とを接続しかつ固定する工程と、前記ＬＥＤ素子を樹脂で封止する工程とを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
ＬＥＤ素子のサファイア基板に発光層のない側からダイサーを用いあるいはエッチングによって前記発光層に達しない深さに縦横に格子状の溝を加工する工程と、蛍光体を含有したダイボンド剤を前記溝の内部に充填すると共に前記溝のある側の面に塗布する工程と、前記ＬＥＤ素子を基板にダイボンドする工程と、前記基板上の電極端子と前記ＬＥＤ素子に備えた電極とを接続する工程と、前記ＬＥＤ素子を樹脂で封止する工程とを含むことを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードの構成および製造方法に関する。更に詳しくはＬＥＤ素子からの本来の発光色を蛍光体を用いて変換する作用を有する、例えば白色の発光色が得られる発光ダイオードの構成および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤは発光体の主要部品として広く用いられている。そしてＬＥＤの発する光を蛍光体に入射させて発光体としての発光色を変換する技術もよく知られ、例えば青色のＬＥＤと蛍光体を用いて白色の発光色を得る発光ダイオードがある。
【０００３】
この種の発光ダイオードでは発光するＬＥＤ素子とその光の波長を変換する蛍光体とをどのように配置するかが課題となる。従来提案された構造は、蛍光体でＬＥＤ素子の周囲を覆ったり、あるいは蛍光体を混ぜたダイボンド剤でＬＥＤ素子を基台に固定したり、あるいは蛍光体を混ぜた封止樹脂でＬＥＤ素子を封入するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術においては、樹脂層の形状や厚さ（即ち光変換に関与する蛍光体の総量）を一定に保つことが困難で、樹脂層の形状を一定にしようとすれば注型などを要し、工程を増し製造コストが増える。またキュアー条件の変動によって封止樹脂等の内部での蛍光体の分布にバラツキが発生し易い。これらの理由により、例えば発光ダイオードからスペクトルの強度分布が安定した白色光を発生させることが、発光方向による偏りも含めて困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、発光色を変換する蛍光体入りの樹脂の総量を安定化させると共にＬＥＤ素子と一体化させ、しかもそのための過大な工数アップを不要とするような発光ダイオードの構造および製造方法を提供することにある。なお以下の説明において、電源を供給すれば直ちに所定の変換色を発光するデバイスを発光ダイオードとし、その内部に用いられる発光する半導体素子をＬＥＤ素子と称することにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のＬＥＤ素子は次の特徴を有する。
（１）サファイア基板の一方の面に発光層であるＰＮジャンクションとそれらの電極を形成し、前記基板に前記発光層のない側の面から前記発光層に達しない深さに縦横に加工した格子状の溝を形成し、該溝の内部にのみ蛍光体を含有した樹脂を充填し、該樹脂を硬化して成ること。
上記目的を達成するため本発明の発光ダイオードは次の特徴のいずれかを有する。
（２）前記（１）に記載のＬＥＤ素子を使用し、前記電極を基板上の導体パターンと導電接着剤あるいはハンダにより接続実装し、封止樹脂にて封止したこと。
【０００７】
（３）前記（１）に記載のＬＥＤ素子を使用し、前記電極をリードフレームの上端に導電接着剤あるいはハンダにより接続実装し、透明な封止樹脂をドーム付き円筒形に成形して封止したこと。
【０００８】
（４）サファイア基板の一方の面に発光層であるＰＮジャンクションとそれらの電極を形成し、前記基板に前記発光層のない側の面から前記発光層に達しない深さに縦横に加工した格子状の溝を形成したＬＥＤ素子を使用し、
蛍光体を含有した樹脂をダイボンド剤として、前記ＬＥＤ素子を前記溝を下向きにして基板の表面にダイボンドし、前記ダイボンド剤は前記溝を充填すると共に前記ＬＥＤ素子を基板に固定し、前記電極と前記基板上の導体パターンをワイヤボンディングで接続し、更に透明な封止樹脂で封止したこと。
【０００９】
また、上記目的を達成するため本発明の発光ダイオードの製造方法は次の特徴のいずれかを備える。
（５）ＬＥＤ素子のサファイア基板に発光層のない側からダイサーを用いあるいはエッチングによって前記発光層に達しない深さに縦横に格子状の溝を加工する工程と、前記加工した溝の内部に蛍光体を含有した樹脂を充填して更に硬化させる工程と、前記ＬＥＤ素子の支持体を兼ねた電極端子と前記ＬＥＤ素子に備えた電極とを接続しかつ固定する工程と、前記ＬＥＤ素子を樹脂で封止する工程とを含むこと。
【００１０】
（６）ＬＥＤ素子のサファイア基板に発光層のない側からダイサーを用いあるいはエッチングによって前記発光層に達しない深さに縦横に格子状の溝を加工する工程と、蛍光体を含有したダイボンド剤を前記溝の内部に充填すると共に前記溝のある側の面に塗布する工程と、前記ＬＥＤ素子を基板にダイボンドする工程と、前記基板上の電極端子と前記ＬＥＤ素子に備えた電極とを接続する工程と、前記ＬＥＤ素子を樹脂で封止する工程とを含むこと。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のＬＥＤ素子の実施の形態の一例の上面斜視図であり、（ａ）は蛍光体入り樹脂を充填しない状態を示し、（ｂ）は蛍光体入り樹脂を充填した状態を示す。また図２はそのＬＥＤ素子の下面側の斜視図である。
【００１２】
図１（ａ）において、１はＬＥＤ素子であり、ウエハーから切り出した直方体の半導体素子である。本素子はサファイア等の基板１ａ上に窒化ガリウム等の半導体材料の薄膜をエピタキシャル成長させたもので、半導体層はＰ層１ｂ、Ｎ層１ｄ、その境界にＰＮジャンクション１ｃの層を有する。各半導体層は極めて薄く数μｍ（マイクロメートル）程度であり、ＬＥＤ素子の厚さはほとんどがサファイア基板１ａの厚さが占める。サファイア基板１ａには発光層であるＰＮジャンクション１ｃのない方の面から半導体層に達しない深さに縦横の溝１ｅが掘られている。図１（ｂ）においては、その溝１ｅ内に蛍光体を含有（混入、混練）した蛍光体入り樹脂２（樹脂は透明である）を充填した状態が示されている。
【００１３】
この溝１ｅは例えばウエハー状態のサファイア基板１ａにエッチング加工によって形成することもできるし、またダイサーによって浅い溝を切削して形成してもよい。そして浅い溝の何本目か毎に深い溝を設けるようにすれば、溝１ｅの形成とウエハーからのＬＥＤ素子１の個々の切断分離とを同じダイサーへのウエハーの一回のセットで行うこともできる。
【００１４】
発光層であるＰＮジャンクション１ｃでは、その内部の無数の点から光子が発生しあらゆる方向に向かう。溝は縦横に細かく刻まれているので、光の大部分は直接に、あるいはＬＥＤ１の下面側に設けたＰ層電極１ｆおよびＮ層電極１ｇ（図２）の裏面あるいはＬＥＤ素子１を実装した基台の表面（図示せず）等から反射してから近傍の溝内の蛍光体入り樹脂２の内部に入射し、蛍光体微粒子によって波長を変換された光が樹脂層から射出する。また溝の底部から溝上方に発する光は全て蛍光体層を通過する。なお光の一部には蛍光体層に入射せずに上面から逃げるものもあるが、全体の幾何学的形状が一定しているので変換される光と変換されない光との相互の比率は高度に一定化するので、結果的に変換される発光色を安定させることができる。
【００１５】
図３は上述のＬＥＤ素子１を内蔵した本発明の発光ダイオードの第１の実施の形態を示す断面図である。本例では溝１ｅ内に充填する樹脂として蛍光体入りダイボンド剤６を用い、ＬＥＤ素子１を下向きにして基板５の表面にダイボンドした。ダイボンド剤６はＬＥＤ素子１の溝１ｂのある側にあらかじめ塗布してもよく、また基板５の表面にあらかじめ塗布してからＬＥＤ素子１をその上に伏せて押しつけてもよい。そしてダイボンド剤６を硬化させてからＰ層電極１ｆとＮ層電極１ｇを基板５上の導体パターン５ａにボンディングワイヤ３でワイヤボンディングし、更に透明な封止樹脂４でデバイスを封入した構造である。
【００１６】
本例における主な変換光はＰＮジャンクション１ｃから下向きに出る光で、溝内あるいは基板５の面上に広がった蛍光体入りダイボンド剤６の層を通過し、基板５の上面で反射され上方に向かう光となる。なお図２においてはＰ層電極１ｆとＮ層電極１ｇの段差（Ｎ層の厚さに相当する）が誇張して描いてあるが、これは前述の通り数μｍ程度に過ぎないので、ＬＥＤ素子の実装工程においてはこの段差を無視することができる。
【００１７】
図４は本発明の発光ダイオードの第２の実施の形態を示す断面図である。本例ではＬＥＤ素子１を図１と同様の向きとし、まず溝１ｅ内の蛍光体入り樹脂２を硬化させた後、下面側のＰ層電極１ｆとＮ層電極１ｇを基板５上の２か所の導体パターン５ａとを導電接着剤７（あるいはハンダ）により接続実装し、封止樹脂４にて封止した構造である。主な変換光はＰＮジャンクション１ｃから上方に発する光と下に向かい基板面等で反射した光で蛍光体入り樹脂２を通過した光である。
【００１８】
図５は本発明の発光ダイオードの第３の実施の形態を示す断面図である。本例ではＬＥＤ素子１をリードフレーム８の上端に上述の第２の実施の形態とほぼ同様に実装・接続し、透明な封止樹脂４をドーム付き円筒形に成形して封止したものである。発光色変換作用も第２の実施の形態に準ずる。
【００１９】
以上本発明の実施の形態の３つの例について述べたが、本発明の実施の形態はこれらの例示に止まらないし、少なくとも種々の変更を加えることが可能である。例えば、各実施の形態において、封止樹脂４内にも蛍光体を混入しても差し支えない。この蛍光体は補助的に作用し、溝１ｅ内の蛍光体に入射しなかった光をも波長を変換することができる。また蛍光体入り樹脂の充填は溝を加工したＬＥＤウエハーの状態で行ってもよいし、個々に分離したＬＥＤ素子の状態で行ってもよい。
【００２０】
また第２、第３に類似の実施の形態において、ＬＥＤ素子１の上面に所定の厚さで蛍光体入り樹脂２を塗布してもよい。これは溝１ｅ内に樹脂２を充填するのと同じ工程で形成することができる。即ち溝からあふれた樹脂を全て掻き取らずに所定量だけ残しておけばよい。この蛍光体入り樹脂の残留層も、ＬＥＤ素子１からのより多くの発光の波長を変換する役割を担うものである。また１個のＬＥＤ素子内の溝の数、設ける方向、幅も深さと共に任意である。ＬＥＤ素子自体の材質・構造も例示したものに限られない。その他にも本発明の構成と特徴を活かした種々の変更が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明においては、ＬＥＤ素子に施した溝に蛍光体入り樹脂を充填するので、その総量が高度に一定化すると共に蛍光体が発光部分に密着しまたは近接して存在するため安定で効率の良い発光色の変換が安定に行われる効果がある。またＬＥＤ素子に溝を加工することは容易であるのでコストアップになることを回避することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤ素子の実施の形態の一例の上面斜視図であり、（ａ）は蛍光体入り樹脂を充填しない状態を示し、（ｂ）は蛍光体入り樹脂を充填した状態を示す。
【図２】本発明のＬＥＤ素子の実施の形態の一例の下面斜視図である。
【図３】本発明の発光ダイオードの第１の実施の形態の断面図である。
【図４】本発明の発光ダイオードの第２の実施の形態の断面図である。
【図５】本発明の発光ダイオードの第３の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
１  ＬＥＤ素子
１ａ  サファイア基板
１ｂ  Ｐ層
１ｃ  ＰＮジャンクション
１ｄ  Ｎ層
１ｅ  溝
１ｆ  Ｐ層電極
１ｇ  Ｎ層電極
２  蛍光体入り樹脂
３  ボンディングワイヤ
４  封止樹脂
５  基板
５ａ  導体パターン
６  蛍光体入りダイボンド層
７  導電接着剤
８  リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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