(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明ガラス基板と、
該透明ガラス基板の上面に透明接着剤を介して固着され素子基板が透明である発光ダイオード素子と、
該発光ダイオード素子の上面に設けられた非透光性の遮光電極と、
前記透明ガラス基板とは別体で形成され、且つ透明ガラス基板の上部外周を囲う枠体と、
該枠体に形成された外部接続用電極と、
前記枠体の内部に充填された樹脂封止体とを備え、
前記発光ダイオード素子が上面に半導体を成長させた素子基板の下面に蛍光材含有層を貼付することで素子基板と一体に形成されてなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記素子基板がサファイヤ基板であり、その上面に成長させた半導体が窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記素子基板の下面に貼付された蛍光材含有層がイットリウム化合物からなる蛍光材を含有していることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長変換型の発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードの素子としては、例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色発光の発光ダイオード素子が知られている。この発光ダイオード素子は、蛍光材とを組合せによって、図４に示すような青色発光を白色系発光に波長変換するタイプの発光ダイオード１に利用されている。この発光ダイオード１では、発光ダイオード素子４がメタルステム２に設けた凹部３に載置され、ボンディングワイヤ６によってメタルポスト５に接続されている。これらの発光ダイオード素子４及びボンディングワイヤ６は、砲弾形の透明樹脂体８によって封止されている。また、前記凹部３内には蛍光材を分散した蛍光材含有樹脂７が発光ダイオード素子４の上方を被うようにして充填されている。このような構成からなる発光ダイオード１にあっては、発光ダイオード素子４から発した青色発光が蛍光材含有樹脂７に分散されている蛍光材に当たって蛍光材を励起し、それによって青色発光を白色系発光に変換するものである。（特開平７−９９３４５号参照）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような発光ダイオード素子４にあっては、該素子と蛍光材含有樹脂７とが別体であるため、波長変換型の発光ダイオード１を製造するに際しては、発光ダイオード素子４の接着工程と蛍光材含有樹脂７の充填工程とを別々に設けなければならなかった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、製造工程の簡略化が図られるような波長変換型の発光ダイオードを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、発光ダイオード素子に蛍光材含有層を一体に設けることで製造工程の簡略化を図るようにした。具体的には、請求項１の発明は、透明ガラス基板と、該透明ガラス基板の上面に透明接着剤を介して固着され素子基板が透明である発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の上面に設けられた非透光性の遮光電極と、前記透明ガラス基板とは別体で形成され、且つ透明ガラス基板の上部外周を囲う枠体と、該枠体に形成された外部接続用電極と、前記枠体の内部に充填された樹脂封止体とを備え、前記発光ダイオード素子が上面に半導体を成長させた素子基板の下面に蛍光材含有層を貼付することで素子基板と一体に形成されてなる発光ダイオードによって、上述した課題を解決した。
【０００６】
この発明によれば、発光ダイオード素子に蛍光材含有層が一体に設けてあるので、発光ダイオードの製造時には発光ダイオード素子を搭載するだけで同時に蛍光材含有層も配置されることになり、従来に比べて発光ダイオードの製造工程を簡略化できる。また、発光ダイオード素子から照射した光が一体形成の蛍光材含有層で波長変換され、そのまま透明ガラス基板を透過するので、信頼性の高い白色発光が得られる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記素子基板がサファイヤ基板であり、その上面に成長させた半導体が窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、透明のサファイヤガラスを用いたことで発光ダイオード素子の下面側への発光が可能となり、さらにこのサファイヤガラスに蛍光材含有層を一体に設けることによって、発光ダイオード素子の下面側にも波長変換させた後の発光が高輝度で得られる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードにおいて、前記素子基板の下面に貼付された蛍光材含有層がイットリウム化合物からなる蛍光材を含有していることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、サファイヤガラスと一体にイットリウム化合物からなる蛍光材を設けたので、発光ダイオード素子の青色発光を効果的に白色系発光に波長変換することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図１乃至図３は本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は発光ダイオード素子の全体構造、図２はこの発光ダイオード素子を用いた表面実装型の発光ダイオードの斜視図、図３は発光ダイオードをマザーボードに実装した状態を示す断面図である。
【００１２】
図１に示したように、発光ダイオード素子１１は窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色発光素子であり、透明ガラスであるサファイヤ基板１２の上面にｎ型半導体１３とｐ型半導体１４を成長させた構造である。ｎ型半導体１３及びｐ型半導体１４は、それぞれの上面に電極１５，１６を備えている。この電極１５，１６は、発光ダイオード素子１１の上面側に発光させる場合にはできるだけ小さく形成して発光進路を妨げないようにする一方、サファイヤ基板１２を通して発光ダイオード素子１１の下面側に発光させる場合には上方を遮光するためにできるだけ大きく形成し、ｎ型半導体１３及びｐ型半導体１４の各上面を電極１５，１６で覆い隠すようにする。電極１５，１６は、スパッタリングや真空蒸着によって所望の大きさに形成することができる。
【００１３】
また、この実施形態では上記発光ダイオード素子１１のサファイヤ基板１２の下面に蛍光材含有層１７が一体に形成されている。この蛍光材含有層１７は、無色の透明樹脂の中に適当量の蛍光材１８を均一に分散させたものである。蛍光材１８は、発光ダイオード素子１１の発光エネルギによって励起され短波長の可視光を長波長の可視光に変換するものである。イットリウム化合物からなる蛍光物質を用いた場合には、発光ダイオード素子１１で発光した青色発光を白色系発光に変換することができる。なお無色の透明樹脂として、例えばエポキシ樹脂を利用することができる。
【００１４】
上述の蛍光材含有層１７は、蛍光材１８を分散させた透明樹脂を塗料化し、これを前記サファイヤ基板１２の下面に所望の厚みに印刷するか、若しくは、蛍光材１８を分散させた透明樹脂をシート化し、これをサファイヤ基板１２の下面に貼付することでサファイヤ基板１２と一体に形成することができる。印刷又はシートの貼付は、半導体ウエハの段階で行なってもよく、又は半導体ウエハを分割した個々のチップにしてから行なうこともできる。
【００１５】
従って、上記のような構成からなる発光ダイオード素子１１にあっては、ｎ型半導体１３とｐ型半導体１４との境界面からの発光は、上方、側方及び下方へ青色光として発光するが、特に下方側へ発光した青色光は蛍光材含有層１７の中に分散されている蛍光材１８に当たって蛍光材１８を励起し、それによって長波長の可視光に波長変換する。この時、蛍光材含有層１７の下面に銅箔やアルミ箔など反射率の高い反射膜１９が設けてあると、この反射膜１９によって上方への発光が強くなる。なお、前述したように、発光ダイオード素子１１の上面電極１５，１６が大きい場合には、上方への発光を遮ることで蛍光材含有層１７の下面側を発光させることができる。
【００１６】
図２及び図３は、上記の発光ダイオード素子１１を用いて構成した波長変換型の表面実装型発光ダイオード４１を示したものである。この実施形態に係る表面実装型の発光ダイオード４１は、無色の透明ガラス基板４２の上面に発光ダイオード素子１１を透明接着剤５１で固着し、透明ガラス基板４２の下面側に発光するよう構成したものである。そのため、この実施形態では発光ダイオード素子１１のｎ型半導体１３及びｐ型半導体１４の各上面に設けられる電極も非透光性の遮光電極４３，４４として上面全体に形成される。この遮光電極４３，４４によって、発光ダイオード素子１１からの青色発光は上方側への発光が略完全に遮られ、その大部分が透明のサファイヤ基板１２を透過する。そして、サファイヤ基板１２と一体に形成されている蛍光剤含有層１７を通過する際、発光ダイオード素子１１からの青色発光が可視光の長波長に変換される。
【００１７】
また、この実施形態では発光ダイオード素子１１の外部接続用電極４５，４６が、透明ガラス基板４２の上部外周を四角に囲うプラスチックの枠体４７に形成されている。この枠体４７は、透明ガラス基板４２とは別工程で作られ、発光ダイオード素子１１が搭載された基板上面に接着剤などによって固定される。外部接続用電極４５，４６は、枠体４７の成形時に蒸着などによってパターン形成され、前記発光ダイオード素子１１の各遮光電極４３，４４とボンディングワイヤ４８，４９によって接続されるカソード電極４５ａ及びアノード電極４６ａと、マザーボード接続用電極４５ｂ，４６ｂとを有する。カソード電極４５ａ及びアノード電極４６ａは、枠体４７の一対の内側底面部４７ａに所定幅で設けられ、マザーボード接続用電極４５ｂ，４６ｂは、それと同じ側の縦壁４７ｂの外側面全体に設けられ、両者はプリント電極４５ｃ、４６ｃによって接続されている。
【００１８】
この実施形態では上記枠体４７の内部に樹脂封止体５０が充填される。この充填によって、透明ガラス基板４２の上面に搭載された発光ダイオード素子１１及びボンディングワイヤ４８，４９が封止される。樹脂封止体５０は、無色透明である必要はない。
【００１９】
上述のような構成からなる発光ダイオード４１あっては、発光ダイオード素子１１のｎ型半導体１３とｐ型半導体１４との境界面から上下方向に青色光が発光するが、上方向へ発光した青色光は発光ダイオード素子１１の上面全体に設けられた遮光電極４３，４４によって遮られるために、樹脂封止体５０内への透過が殆どない状態で遮光電極４３，４４の反射を受ける。これらの反射光及び最初からサファイヤ基板１２を透過して下方側に向かう青色発光は、蛍光剤含有層１７及び透明接着剤５１を介して透明ガラス基板４２を透過し、透明ガラス基板４２の下面側を照射する。その際、蛍光剤含有層１７の中に分散されている蛍光材１８が青色発光の短波長によって励起され、青色発光が黄色味がかった長波長の発光に変換される。そして、元々の青色発光と波長変換された黄色発光とが互いに混色することで、透明ガラス基板４２の下面側では白色に近い発光が得られることになる。
【００２０】
次に、上記構成からなる発光ダイオード４１の表面実装方法を説明する。図３は、マザーボード２５に発光ダイオード４１を表面実装した時の状態を示したものである。この実施形態では、前記発光ダイオード４１を上下逆にしてマザーボード２５上に載置し、マザーボード２５上のプリント配線２６，２７に枠体４７の外側面に形成されたマザーボード接続用電極４５ｂ，４６ｂを半田２８で固定する。マザーボード接続用電極４５ｂ，４６ｂは外側面全体に形成されているので、取付け位置の調整が容易であると共に、半田２８による確実な固定が得られる。
【００２１】
上述の実装手段では、発光ダイオード４１が上下逆に実装されるために、マザーボード２５の上面側が発光ダイオード４１によって照射されることになる。その際、蛍光材１８が分散されている蛍光材含有層１７の中で波長変換が行われ、そのまま透明ガラス基板４２を透過していくので、信頼性の優れた高輝度の白色発光が長期間に亘って得られることになる。
【００２２】
上述した実施形態では、発光ダイオード素子と外部接続用電極とをボンディングワイヤによって接続した場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば半田バンプを用いたフリップチップ実装などの接続方法も含まれるものである。また、発光ダイオード素子の上面に遮光電極を形成した場合について説明したが、樹脂封止体を黒色樹脂で形成するなど、発光ダイオード素子の上面側を遮光できるものであれば、上記実施形態のものに限られないのは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発光ダイオードによれば、蛍光材含有層が一体に形成された発光ダイオード素子を透明ガラス基板に搭載したので、発光ダイオードの製造工程を簡略化できる。また、発光ダイオード素子から照射した光が一体形成の蛍光材含有層で波長変換され、そのまま透明ガラス基板を透過するので、信頼性の高い白色発光が得られる。さらに、透明ガラス基板の上部外周を囲う枠体に発光ダイオード素子の外部接続用電極を設けているので、マザーボードとの半田による確実な固定が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用される発光ダイオード素子の断面図である。
【図２】上記発光ダイオード素子を用いた発光ダイオードの第１実施形態を示す斜視図である。
【図３】上記発光ダイオードをマザーボードに実装した時の、上記図２におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】従来における波長変換型の発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  発光ダイオード素子
１２  サファイヤ基板（素子基板）
１３  ｎ型半導体
１４  ｐ型半導体
１７  蛍光材含有層
１８  蛍光材
１９  反射膜
４１  発光ダイオード
４２  透明ガラス基板
４３，４４  遮光電極（非透光部）
４５，４６  外部接続用電極
４７  枠体
５０  樹脂封止体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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