JP3685018B2

JP3685018B2 - Light emitting device and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3685018B2
Application number: JP2000249811A
Authority: JP
Inventors: 滋嗣幸田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-08-21
Also published as: JP2002033517A

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子とその製造方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、半導体素子であり玉切れがなく、ＯＮ／ＯＦＦ駆動特性に優れていることから、種々の用途に幅広く使用されている。
【０００３】
また、最近では、表面実装が可能なチップタイプのＬＥＤが多く使用されるようになってきている。
【０００４】
このチップタイプＬＥＤ（チップタイプの発光素子）は、電極リードが埋め込まれた例えば液晶ポリマーからなるパッケージの凹部に半導体ＬＥＤチップがダイボンディングされ、必要に応じてワイヤーボンディングがされた後にその半導体ＬＥＤチップを覆うように凹部内に透光性樹脂を充填することにより構成されている。
【０００５】
また、一般に、半導体ＬＥＤチップは、ＧａＮ等の化合物半導体からなるｐ半導体層とｎ半導体層が直接接合してｐｎ接合を形成するか、その間に活性層を挟持してダブルへテロ接合を形成して構成され、ｐ半導体層とｎ半導体層との間に順方向の電圧が印加されることにより、ｐｎ接合部又は活性層で発光する。
【０００６】
以上のように構成された発光素子において、半導体ＬＥＤチップから発せられた光は、透光性樹脂を介して前方に出射される。
【０００７】
また、最近では、低消費電力でより明るい発光素子が求められており、半導体ＬＥＤチップの発光効率を高めるとともに、半導体ＬＥＤチップが発光した光を効率よく前方に出射させることができる光の取りだし効率の高い構造の検討が成されている。
【０００８】
発光素子において光取りだし効率を向上させる有効な構造として本出願人は先に酸化チタン等の無機材料からなる拡散材を樹脂に分散させてパッケージの凹部の壁面にコートすることにより凹部壁面に光散乱層を形成する構造を提案した（特開平１１−２８４２３４号公報）。この提案した構造によれば、半導体ＬＥＤチップから出力されて壁面に入射された光が光散乱層により散乱されて前方に出射される光を増加させることができ、その結果、光の取りだし効率を向上させることができる。
【０００９】
光の取り出し効率を高める他の方法として、透光性樹脂に覆われたチップタイプＬＥＤにおいて、半導体ＬＥＤチップと透光性樹脂との間に、半導体ＬＥＤチップの屈折率と透光性樹脂の屈折率との間の屈折率を有する中間層を設けることにより、光の取り出し効率を向上させることが考えられる。
【００１０】
一方、一般に、シリコーン樹脂に比べて屈折率の高いエポキシ樹脂等を封止樹脂として用いると、シリコーン樹脂に比べてエポキシ樹脂の線膨張係数は大きいため、半導体ＬＥＤチップと基体とを電気的に結ぶ導電線が、主に導電線と基体との接合部において切れ乃至剥がれを発生するという問題が生じる可能性があった。
【００１１】
そこで、本出願人は半導体ＬＥＤチップ及び導電線を線膨張係数の小さいシリコーン樹脂等の柔らかい樹脂で直接包囲してからエポキシ樹脂で覆うことにより、導電線の切れや剥がれ等を防止する発明を出願した（特開平８−３３５７２０）。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、樹脂に酸化チタンが分散された光散乱層を有する発光素子は、酸化チタンに光が照射された時に生じる活性酸素により光散乱層を構成する樹脂が分解するという問題点があった。
【００１３】
このために光散乱層と他の要素との界面が剥離したり、光散乱層自身にボイドが形成されたりする等の問題点により光散乱層が劣化し、発光素子において高い光取りだし効率を長期間安定して得ることが困難であった。
【００１４】
また、ｐｎ接合部又は活性層で発光した光は、半導体ＬＥＤチップ内に存在する半導体層あるいはサファイア基板等から透光性樹脂に出射し、ついで透光性樹脂から空気中に出射され、利用される。
【００１５】
しかしながら、半導体ＬＥＤチップを構成する材料の屈折率（例えば、ＧａＮの屈折率：２．２程度、ＧａＰの屈折率：３．３程度、サファイアの屈折率：４．０程度）に対して、透光性樹脂の屈折率（例えば、エポキシ樹脂の屈折率：１．５〜１．６程度、シリコーン樹脂の屈折率：１．４〜１．５程度）は小さいために、ｐｎ接合部又は活性層で発光した光は、半導体ＬＥＤチップと透光性樹脂との界面で全反射してしまい、効率の良い光の取り出し効率は得られにくかった（半導体ＬＥＤチップ内に戻った光は半導体層等により吸収される場合がある）。
【００１６】
一方、半導体ＬＥＤチップと透光性樹脂との間に、半導体ＬＥＤチップの屈折率と透光性樹脂の屈折率との間の屈折率を有する中間層が設けられる。すなわち半導体ＬＥＤチップ上に、順に、高屈折率樹脂層と低屈折率樹脂層（低屈折率樹脂の屈折率＜高屈折率樹脂の屈折率＜半導体ＬＥＤチップの屈折率）とが形成される方法において、高屈折率樹脂の材料として低融点ガラスが考えられるが、低融点ガラスをパッケージの凹部に塗布しようとすると低融点ガラスの硬化温度、すなわち融点でパッケージが融解してしまう。これは、例えば、屈折率が２の低融点ガラスの融点が４００℃程度であるのに対して、熱可塑性樹脂の中で最高の耐熱性を有する液晶ポリマーの耐熱温度が３５０℃程度であるためである。
【００１７】
また、仮にパッケージ以外の基体に低融点ガラスを塗布したとしても、低融点ガラスは無機物であるシリカを主成分とするため、従来通り低融点ガラスを硬化させた後、低融点ガラスの上に有機物であるエポキシ樹脂層を形成すると、その界面において剥離乃至ボイド等が発生してしまうという問題があった。
【００１８】
また、半導体ＬＥＤチップを直接シリコーン樹脂等の柔らかい樹脂で包囲してからエポキシ樹脂で覆うことにより、金線の切れ乃至剥がれ等を防止するという発明においては、従来通りシリコーン樹脂を硬化させた後、前記シリコーン樹脂の上にエポキシ樹脂層を形成することにより金線の切れ乃至剥がれ等を防止することができる。
【００１９】
しかしながら、ＬＥＤはその需要の高まりに伴い、さらに厳しい条件下での使用も考えられる。このような特殊な条件下においては、例えば、半導体ＬＥＤチップ上に第１樹脂層を形成し、さらにその上に第２樹脂層を形成したＬＥＤの場合であると、第１樹脂層と第２樹脂層との界面にて剥離乃至ボイドが発生する可能性がある。
【００２０】
一方、高屈折率シリコーン樹脂と一般に用いられる低屈折率シリコーン樹脂とを比較すると、高屈折率のシリコーン樹脂の方が柔らかく、外部からの衝撃に対して弱い。従って、発光素子表面を高屈折率のシリコーン樹脂とすると、若干の外部からの衝撃により封止樹脂が破れてしまう可能性があった。
【００２１】
そこで、本発明は、上述した問題を解決し、長期間安定した高い光取り出し効率を得ることができる発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述の目的を達成するため、本発明は、基体上に半導体ＬＥＤチップが設けられ、その半導体ＬＥＤチップを覆う透光性樹脂を有する発光素子において、上記基体と上記透光性樹脂との間に備えられた光散乱層は、上記半導体ＬＥＤからの光を散乱させる無機材料が分散されたガラス層と、該ガラス層の上に形成された樹脂層とを有しており、上記ガラス層と上記樹脂層との間に、上記ガラス層を構成するガラス材料から上記樹脂層を構成する樹脂材料へと組成が徐々に変化する組成傾斜層を有することを特徴とする。
【００２３】
このようにすると、無機材料と樹脂層とが直接に接しないようにできるので、その無機材料による樹脂の劣化を防止でき、長期間にわたって安定した光散乱特性が得られる。また、このようにすると、ガラス層と樹脂層とを直接接触させた場合に比較して、ガラス層と樹脂層とをより強固に接合することができる。ここで、本願明細書で言うガラスとは、構成原子が規則的な配置をとっておらず、無秩序な構造を有する非晶質の無機物質をいう。
【００２４】
また、本発明の発光素子は、上記基体が、凹部を有するパッケージであり、その凹部に収納された半導体ＬＥＤチップを覆うように、上記凹部に透光性樹脂が充填されてなることが好ましい。このように構成すると、上記凹部の壁面により光を反射して、効果的に上記パッケージの上方に光を出射することができ、また、無機材料と樹脂層とが直接に接しないようにできるので、その無機材料による樹脂の劣化を防止でき、長期間にわたって安定した光散乱特性が得られる。
【００２５】
また、本発明に係る発光素子において、上記樹脂は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂であることが好ましい。さらに、本発明に係る発光素子において、上記無機材料は酸化チタンとすることができる。本構成では、酸化チタンを樹脂に直接接触しないように光散乱層に分散させることができるので樹脂の劣化を防止でき、長期間安定した光散乱特性が得られる。
【００２６】
また、本発明に係る発光素子の製造方法は、基体上に半導体ＬＥＤチップが設けられ、その半導体ＬＥＤチップを覆う透光性樹脂を有する発光素子の製造方法において、シリカ又はシロキサンを骨格とする無機物ゾルに上記半導体ＬＥＤからの光を散乱させる無機材料を混合することにより無機コーティング剤を作製する工程と、上記無機コーティング剤を上記基体に塗布して乾燥することによりゲル状の無機コーティング層を形成する工程と、上記ゲル状態の無機コーティング層の上に樹脂をコーティングすることにより樹脂層を形成する工程と、上記無機コーティング層と樹脂層とを硬化させる工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
このようにすると、ガラス層と、樹脂層と、ガラス層と樹脂層との間に位置する組成傾斜層からなる光散乱層を、凹部５ｃの底面及び側壁面に容易に形成することができる。
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
【００２８】
以下、図１を参照しながら本発明に係る実施の形態１の発光素子について説明する。本発明に係る実施の形態１の発光素子は、パッケージ５の凹部５ｃの内部に半導体ＬＥＤチップ７が透光性樹脂６でモールドされてなる表面実装が可能なチップタイプの発光ダイオードであって、以下のように構成される。
【００２９】
実施の形態の発光素子において、パッケージ５は、正負の端子である１対の電極端子５ａ，５ｂ、半導体ＬＥＤチップを収納する凹部とを備えた、例えば液晶ポリマーなどにより構成される。また、半導体ＬＥＤチップ７は、例えばサファイア基板上に窒化ガリウム系半導体が成長されてなり、パッケージ５の凹部５ｃの底面にダイボンディングされ、その正負の電極がそれぞれ、パッケージ５の電極端子５ａ，５ｂにワイヤーボンディングにより接続される。そして、光散乱層１０は、パッケージ５の凹部５ｃの底面及び側壁面に形成される。
【００３０】
ここで、特に本実施の形態の発光素子では、光散乱層１０が、ＴｉＯ₂粒子が分散されてなり凹部５ｃの底面及び側壁面に接するように形成されたガラス層１と、透光性樹脂６と接するように形成された樹脂層３と、ガラス層１と樹脂層３との間に位置する組成傾斜層２からなることを特徴としている。
【００３１】
本実施の形態において、組成傾斜層２は、ガラス層１と接する部分では主としてガラス層１を構成するガラス材料からなり、樹脂層３と接する部分では主として樹脂層３を構成する樹脂材料からなり、ガラス層１と接する部分から樹脂層３と接する部分に向かってガラス材料から樹脂材料へと組成が徐々に変化する層である。
【００３２】
以上のように構成された実施の形態の発光素子において、半導体ＬＥＤチップ７から出射された光は、上方（前方）に出射された光に加え、光散乱層１０の方向に出射された光も光散乱層１０で散乱されて上方（前方）に出射される。
【００３３】
これにより、半導体ＬＥＤチップ７から出射された光は、上方（前方）に効率良く出射される。また、本実施の形態の発光素子では、光散乱層１０において散乱粒子であるＴｉＯ₂（酸化チタン）粒子を無機物であるガラス層１に分散させて樹脂材料が直接酸化チタン材料に接していないので、酸化チタンの酸化分解作用により樹脂を劣化させることがなく、長期間にわたって安定した光散乱特性が得られる。
【００３４】
また、本実施の形態の発光素子では、ガラス層１と樹脂層３との間に組成傾斜層２を設けているので、酸化チタン粒子と樹脂との接触をより効果的に防止でき、組成傾斜層を形成していない場合に比較してさらに樹脂の劣化を効果的に防止できる。すなわち、ガラス層１と樹脂層３とを直接接触させると、その境界において酸化チタン粒子と樹脂とが接触する場合があり、その接触部分で樹脂が劣化することがある。
【００３５】
しかしながら、本発明は、組成傾斜層２が存在する場合に限定されるものではなく、少なくとも光散乱粒子を含むガラス層とその上に形成された樹脂層とを備えていればよく、ガラス層と樹脂層とに分離することにより、従来例に比較して飛躍的に樹脂の劣化を防止することができる。
【００３６】
また、本実施の形態の発光素子では、ガラス層１と樹脂層３との間に組成傾斜層２を設けているので、ガラス層１と樹脂層３とを直接接触させた場合に比較して、ガラス層１と樹脂層３とをより強固に接合することができる。
【００３７】
また、本実施の形態の発光素子では、ガラス層１と樹脂層３との間に組成傾斜層２を形成しているので、比較的屈折率の大きいガラス層１と屈折率の小さい樹脂層３との間において屈折率を徐々に変化させることができる。これにより、ガラス層１と樹脂層３との間に不連続に屈折率が変化する境界が存在しないので、ガラス層１と樹脂層３との間の光の反射を防止できる。
【００３８】
したがって、酸化チタン粒子によって反射散乱された光が、ガラス層１と樹脂層３との間で反射されることなく、透光性樹脂６を介して発光素子の上方に出射できるので、光取りだし効率（出射効率）をより高くできる。
【００３９】
次に、本実施の形態の発光素子における光散乱層１０の形成方法について説明する。
（１）まず、シリカを含むゾル又はシロキサンを骨格とする無機物ゾルをバインダーとして酸化チタンを混合することにより、酸化チタン含を含む無機コーティング剤を作製する。
（２）次に、酸化チタンを含む無機コーティング剤を半導体ＬＥＤチップが搭載されたパッケージ５の凹部５ｃの底面及び側壁面に所定の厚さに塗布することにより、無機コーティング層を形成する。
（３）次に、塗布された無機コーティング層を乾燥してゲル状態とし、その上にエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の有機物である樹脂をコーティングすることにより、樹脂層を形成する。
（４）そして、その樹脂層の硬化温度で無機コーティング層と樹脂層とを同時に硬化する。
【００４０】
このようにして、ＴｉＯ₂粒子が分散されたガラス層１と、樹脂層３と、ガラス層１と樹脂層３との間に位置する組成傾斜層２からなる光散乱層１０を、凹部５ｃの底面及び側壁面に形成することができる。
【００４１】
ここで、本発明において、ガラス層１を形成するための無機バインダーは、低温加熱又は常温乾燥によりガラス層を形成することができる、例えばシリカを含むゾル又はシロキサンを骨格とする無機物ゾルを主成分とする無機バインダーを用いることができる。尚、本発明において、低温加熱とは、樹脂層３を構成する樹脂を硬化させる硬化温度又はそれ以下の温度をいう。
【００４２】
以上の実施の形態では、光散乱・拡散性を有する酸化チタンを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、光散乱・拡散性を有しかつ光触媒作用する他の無機材料を用いた場合においても、本発明と同様の作用効果を有する。
【００４３】
また、本発明では、光散乱・拡散性を有し光触媒作用を持たない、例えば、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛等の種々の無機材料を用いることもできる。
【００４４】
また、以上の実施の形態では、樹脂層３の材料としてエポキシ樹脂及びシリコーン樹脂を好ましい例として挙げたが、本発明はこれに限らず、ポリアミドやＵＶ硬化樹脂等他の樹脂を用いてもよい。
【００４５】
以上の実施の形態では、凹部５ｃを有するパッケージ５を用いた例で説明したが、本発明はこれに限らず、基板等の他の基体を用いた場合にも適用できる。
【００４６】
例えば、基板上に半導体ＬＥＤチップが設けられ、その半導体ＬＥＤチップと該ＬＥＤチップの周りの基板上を覆うように透光性樹脂を形成した発光素子において、その基板に接するように酸化チタン等の無機材料が分散されたガラス層を形成し、該ガラス層の上に樹脂層を形成して、その上に透光性樹脂を形成するようにしてもよい。以上のようにしても実施の形態１の発光素子と同様の作用効果を有する。
［実施の形態２］
【００４７】
以下、図２を参照しながら本発明に係る実施の形態２の発光素子について説明する。本発明に係る実施の形態２の発光素子は、パッケージ１５の凹部１５ｃの内部に、例えば実施の形態１に記載の半導体ＬＥＤチップ７が透光性樹脂でモールドされてなる表面実装が可能なチップタイプの発光ダイオードであって、以下のように構成される。
【００４８】
実施の形態２の発光素子において、パッケージ１５は、正負の端子である１対の電極端子１５ａ，１５ｂと、半導体ＬＥＤチップを収納する凹部とを備えた、例えば液晶ポリマー等により構成される。
【００４９】
また、半導体ＬＥＤチップ７は、パッケージ１５の凹部１５ｃの底面に、接着剤１６を介してダイボンディングされ、その正負の電極はそれぞれ金線等の導電線１４を介してパッケージ１５の電極端子１５ａ，１５ｂに接続される。そして、例えば、半導体ＬＥＤチップ７上に、順に、第１樹脂層１１と、組成傾斜層１２と、第２樹脂層１３が形成される。
【００５０】
ここで、特に本実施の形態の発光素子では、半導体ＬＥＤチップ７の上に、順に、第１樹脂層１１と第１樹脂層１１の上に形成される第２樹脂層１３が形成され、かつ第１樹脂層１１と第２樹脂層１３との間に位置する組成傾斜層１２を有することを特徴としている。
【００５１】
本実施の形態において、組成傾斜層１２は、第１樹脂層１１と接する部分では主として第１樹脂層１１を構成する樹脂材料からなり、第２樹脂層１３と接する部分では主として第２樹脂層１３を構成する樹脂材料からなり、第１樹脂層１１と接する部分から第２樹脂層１３と接する部分に向かって第１樹脂層１１を形成する材料から第２樹脂層１３を形成する材料へと組成が徐々に変化する層である。
【００５２】
以上のように構成された実施の形態２の発光素子において、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３との界面においては、不連続に屈折率が変化する境界が存在しないので、その境界により光を反射することなく、より良い光の取り出し効率を得ることができる。また、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３とをより強固に接合することができるので、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３の材料に係わらず、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３との界面にて剥離乃至ボイドが発生することを防止することができる。
【００５３】
さらに、第２樹脂層１３の屈折率＜第１樹脂層１１の屈折率＜半導体ＬＥＤチップ７の屈折率、という関係が成り立つ場合は、半導体ＬＥＤチップ７を第２樹脂層１３のみで覆う場合に比較して、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００５４】
また、少なくとも金線等の導電線と電極端子１５ａ、１５ｂとの接合部を、シリコーン樹脂等の線膨張係数の小さい樹脂層で覆うことにより、その部分における導電線の切れ等を防止することができる。
【００５５】
次に、本実施の形態の発光素子における、組成傾斜層１２の形成方法について説明する。
（１）まず、パッケージ１５の凹部１５ｃの底面にダイボンディングされた半導体ＬＥＤチップ７を覆うように第１樹脂層１１の材料を所定の厚さに塗布することにより、第１樹脂層１１を形成する。
【００５６】
ここで、第１樹脂層１１の材料の量等を調整することにより、導電線と電極端子１５ａ、１５ｂとの接合部を第１樹脂層１１の材料で覆うか否かを決定することができる。
（２）次に、第１樹脂層１１を硬化させずに、すなわちゲル状態時に、第１樹脂層１１の上にさらに第２樹脂層１３の材料を塗布し、第２樹脂層１３を形成する。
（３）そして、両層が硬化する温度乃至時間で第１樹脂層１１と第２樹脂層１３を同時に硬化させる。
【００５７】
このようにすると、第１樹脂層１１と、第２樹脂層１３と、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３との間に位置する組成傾斜層１２とを容易に形成することができる。
【００５８】
また、実施の形態２では、第１樹脂層１１乃至第２樹脂層１３の材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、非晶性ポリアミド、ＵＶ硬化樹脂等の樹脂を用いることができる。
【００５９】
また、実施の形態２では、第１樹脂層１１の形状は例えば図２に示すような滑らかな凸状であることが好ましい。これは、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３との界面に入射する光はその入射角が小さくなるため、全反射することなく第２樹脂層１３に出射し易いからである。しかしながら、実施の形態２においては、例えば、第１樹脂層１１を半導体ＬＥＤチップ７の外形と平行な形状で設けられても同様の効果を有する。
【００６０】
また、第１樹脂層１１と第２樹脂層１３との量には、特に限定されない。さらに、実施の形態２では、凹部１５ｃを有するパッケージ１５を用いた例で説明したが、本発明はこれに限らず、基体等の他の実装基板を用いた場合にも適用できる。
【００６１】
例えば、図３に示すように、実施の形態１に記載の半導体ＬＥＤチップ７が接着剤２２により基体２１にダイボンディングされると共に、導電線２０を介して基体２１における電極端子２１ａ、２１ｂと電気的に接続されており、さらに半導体ＬＥＤチップ７上に、順に、第１樹脂層１７と、組成傾斜層１８と、第２樹脂層１９を形成してもよい。
［実施例１］
【００６２】
ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により、サファイア基板上にダブルへテロ構造の窒化物半導体層が積層され、その窒化物半導体層の同一面側にｐ電極とｎ電極とが形成された青色（４７０ｎｍ）ＬＥＤチップを多数用意する。
【００６３】
次に、このＬＥＤチップをダイボンダーにセットし、電極端子を有するパッケージの凹部にフェイスアップしてダイボンドする。ダイボンド後、パッケージをワイヤーボンダーに移送し、ＬＥＤチップのｎ電極をそれに対応するパッケージの電極端子に金線でワイヤーボンドし、ｐ電極をもう一方の電極端子にワイヤーボンドする。
【００６４】
次に、モールド装置に移送し、圧力補正式ディスペンサーでパッケージの凹部に、真空脱泡が行われた酸化チタンを５０ｗｔ％混合したシリカ溶液を、半導体ＬＥＤチップが搭載されたパッケージの凹部の底面及び側壁面に所定の厚さに塗布する。
【００６５】
次に、その酸化チタンが混合されたシリカ溶液を硬化反応させる前のゲル状態時に、さらにその上に同じく圧力補正式ディスペンサーで無色透明のシリコーン樹脂Ａを注入する。なお、シリコーン樹脂Ａは、屈折率１．４１、硬度４５ｓｈｏｒｅ（Ａ）、粘度４０００ｍＰａ・ｓである。
【００６６】
その後、これを１５０℃×４時間で、シリカ溶液及びシリコーン樹脂Ａを同時に硬化し、実施例１のＬＥＤとする。
【００６７】
次に、光散乱層を設けず、ＬＥＤチップ上を屈折率が１．４１のシリコーン樹脂Ａのみで覆う以外は実施例１の発光素子と同様に構成された比較のための発光素子を基準として、実施例１の発光素子の光出力比を求めたところ１．２倍となった。この実験結果より、光散乱層を設けることで、光出力は確実に向上することが明らかになった。
［実施例２］
【００６８】
まず、実施例１と同様の青色（４７０ｎｍ）ＬＥＤチップを多数用意し、実施例１と同様の操作で電極端子を有するパッケージに金線を介して前記ＬＥＤチップをダイボンドする。
【００６９】
次に、モールド装置に移送し、圧力補正式ディスペンサーでパッケージの凹部に無色透明のシリコーン樹脂ＢをＬＥＤチップ及び金線全体を覆うように、凸状に注入する。シリコーン樹脂Ｂは、屈折率１．５２、硬度２５ｓｈｏｒｅ（Ａ）、粘度１８００ｍＰａ・ｓである。
【００７０】
次に、シリコーン樹脂Ｂを硬化反応させる前のゲル状態時に、さらにその上に同じく圧力補正式ディスペンサーで無色透明の屈折率が１．４１のシリコーン樹脂Ａを注入する。その後、これを１５０℃×４時間で、各樹脂層を同時に硬化し、実施例２のＬＥＤとする。
【００７１】
次に、実施例１に示す比較のための発光素子を基準として、実施例２の発光素子の光出力比を求めたところ１．１倍となった。この実験結果より、実施例２の発光素子のように構成することで、光出力は確実に向上することが明らかになった。
【００７２】
さらに、実施例２の発光素子を１００個製造し、熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験を−４０℃×１５分と１００℃×１５分とを１０４０サイクルの条件で行ったところ、１００個全てにおいて、金線の切れ乃至剥がれは発生しなかった。
［実施例３］
【００７３】
実施例３における発光素子は、第１樹脂層として屈折率が１．５２のシリコーン樹脂Ｂ、第２樹脂層として屈折率が１．５０のエポキシ樹脂を使用する以外は、実施例２と同様に構成される。ここで、特に、実施例３における発光素子では、金線を第２樹脂層のエポキシ樹脂で覆うことなく、金線全体を第１樹脂層のシリコーン樹脂Ｂで覆うことを特徴としている。
【００７４】
次に、実施例１に示す比較のための発光素子を基準として、実施例３の発光素子の光出力比を求めたところ１．２倍となった。この実験結果より、実施例３の発光素子のように構成することで、光出力は確実に向上することが明らかになった。
【００７５】
さらに、実施例３の発光素子を１００個製造し、実施例２に示す熱衝撃試験を行ったところ、１００個全てにおいて、金線の切れ乃至剥がれは発生しなかった。
［実施例４］
【００７６】
実施例４における発光素子は、第１樹脂層として屈折率が１．６０のエポキシ樹脂、第２樹脂層として屈折率が１．４１のシリコーン樹脂Ａを使用する以外は、実施例２の発光素子と同様に構成される。ここで特に、実施例４における発光素子では、金線と電極端子との接合部を第１樹脂層のエポキシ樹脂で覆わず、第２樹脂層のシリコーン樹脂Ａで覆うことを特徴としている。
【００７７】
次に、実施例１に示す比較のための発光素子を基準として、実施例４の発光素子の光出力比を求めたところ１．１倍となった。この実験結果より、実施例４の発光素子のように構成することで、光出力は確実に向上することが明らかになった。
【００７８】
さらに、実施例３の発光素子を１００個製造し、実施例２に示す熱衝撃試験を行ったところ、１００個全てにおいて、金線の切れ乃至剥がれは発生しなかった。
［実施例５］
【００７９】
実施例５における発光素子は、実施例１で述べた酸化チタンが５０ｗｔ％混合されたシリカ溶液の光散乱層と、実施例２で述べた屈折率が１．５２のシリコーン樹脂Ｂからなる第１樹脂層と屈折率が１．４１のシリコーン樹脂Ａからなる第２樹脂層、及び第１樹脂層と第２樹脂層との界面にて組成傾斜層が形成される以外は、実施例１と同様に構成される。
【００８０】
ここで、特に、実施例５における発光素子では、光散乱層で覆われた以外の金線の部分を第１樹脂層のシリコーン樹脂Ｂで覆っている。
【００８１】
次に、実施例１に示す比較のための発光素子を基準として、実施例５の発光素子の光出力比を求めたところ１．３倍となった。この実験結果より、実施例５の発光素子のように構成することで、光出力は飛躍的に向上することが明らかになった。
【発明の効果】
【００８２】
以上説明したことから明らかなように、本発明の発光素子によれば、長期間安定した高い光取り出し効率をえることができる発光素子を提供することができる。また、本発明の発光素子の製造方法によれば、長期間安定した高い光取り出し効率をえることができる発光素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態２の発光素子の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る他の発光素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス層
２，１２，１８…組成傾斜層
３…樹脂層
５，１５…パッケージ
５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，２１ａ，２１ｂ…電極端子
５ｃ，１５ｃ…凹部
６…透光性樹脂
７…半導体ＬＥＤチップ
１０…光散乱層
１１，１７…第１樹脂層
１３，１９…第２樹脂層
１４，２０…導電線
１６，２２…接着剤
２１…基体BACKGROUND OF THE INVENTION
[0001]
The present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same.
[Prior art]
[0002]
A light-emitting diode (LED) is a semiconductor element, has no ball breakage, and is excellent in ON / OFF drive characteristics, and thus is widely used in various applications.
[0003]
Recently, many chip-type LEDs capable of surface mounting have been used.
[0004]
This chip-type LED (chip-type light emitting device) is a semiconductor LED chip that is die-bonded to a recess of a package made of, for example, a liquid crystal polymer in which electrode leads are embedded, and then wire-bonded as necessary. It is comprised by filling translucent resin in a recessed part so that it may cover.
[0005]
In general, in a semiconductor LED chip, a p semiconductor layer and an n semiconductor layer made of a compound semiconductor such as GaN are directly joined to form a pn junction, or an active layer is sandwiched therebetween to form a double heterojunction. When a forward voltage is applied between the p semiconductor layer and the n semiconductor layer, light is emitted from the pn junction or the active layer.
[0006]
In the light emitting element configured as described above, light emitted from the semiconductor LED chip is emitted forward through the translucent resin.
[0007]
Recently, there has been a demand for brighter light-emitting elements with low power consumption, and while improving the light-emitting efficiency of the semiconductor LED chip, the light extraction efficiency that can efficiently emit the light emitted by the semiconductor LED chip forward A high structure is being studied.
[0008]
As an effective structure for improving the light extraction efficiency in a light emitting device, the present applicant previously dispersed a diffusion material made of an inorganic material such as titanium oxide in a resin and coated it on the wall surface of the recess of the package to scatter light on the wall surface of the recess. A structure for forming a layer has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-284234). According to this proposed structure, the light output from the semiconductor LED chip and incident on the wall surface can be scattered by the light scattering layer and emitted forward, and as a result, the light extraction efficiency can be increased. Can be improved.
[0009]
As another method for improving the light extraction efficiency, in a chip type LED covered with a translucent resin, the refractive index of the semiconductor LED chip and the refraction of the translucent resin are between the semiconductor LED chip and the translucent resin. It is conceivable to improve the light extraction efficiency by providing an intermediate layer having a refractive index between that and the refractive index.
[0010]
On the other hand, generally, when an epoxy resin or the like having a higher refractive index than that of a silicone resin is used as a sealing resin, the linear expansion coefficient of the epoxy resin is larger than that of the silicone resin, so that the semiconductor LED chip and the substrate are electrically connected. There is a possibility that the conductive wire may be cut or peeled off mainly at the joint between the conductive wire and the substrate.
[0011]
Therefore, the present applicant has applied for an invention that prevents the breakage or peeling of the conductive wire by directly enclosing the semiconductor LED chip and the conductive wire with a soft resin such as a silicone resin having a small linear expansion coefficient and then covering with the epoxy resin. (JP-A-8-335720).
[Problems to be solved by the invention]
[0012]
However, a light emitting element having a light scattering layer in which titanium oxide is dispersed in a resin has a problem that the resin constituting the light scattering layer is decomposed by active oxygen generated when the titanium oxide is irradiated with light.
[0013]
For this reason, the light scattering layer deteriorates due to problems such as separation of the interface between the light scattering layer and other elements, or formation of voids in the light scattering layer itself, and long light extraction efficiency is increased in the light emitting device. It was difficult to obtain a stable period.
[0014]
The light emitted from the pn junction or the active layer is emitted from the semiconductor layer or sapphire substrate present in the semiconductor LED chip to the translucent resin, and then emitted from the translucent resin to the air for use. The
[0015]
However, the refractive index of the material constituting the semiconductor LED chip (for example, the refractive index of GaN: about 2.2, the refractive index of GaP: about 3.3, the refractive index of sapphire: about 4.0) is transparent. Since the refractive index of the optical resin (for example, the refractive index of the epoxy resin: about 1.5 to 1.6, the refractive index of the silicone resin: about 1.4 to 1.5) is small, the pn junction or the active layer The light emitted by the light is totally reflected at the interface between the semiconductor LED chip and the translucent resin, so that it is difficult to obtain an efficient light extraction efficiency (the light returned into the semiconductor LED chip is caused by the semiconductor layer or the like). May be absorbed).
[0016]
On the other hand, an intermediate layer having a refractive index between the refractive index of the semiconductor LED chip and the refractive index of the translucent resin is provided between the semiconductor LED chip and the translucent resin. That is, a method in which a high refractive index resin layer and a low refractive index resin layer (a refractive index of a low refractive index resin <a refractive index of a high refractive index resin <a refractive index of a semiconductor LED chip) are sequentially formed on a semiconductor LED chip. In this case, a low-melting glass can be considered as a material for the high refractive index resin. However, if the low-melting glass is applied to the recess of the package, the package melts at the curing temperature of the low-melting glass, that is, the melting point. This is because, for example, the melting point of a low-melting glass having a refractive index of 2 is about 400 ° C., whereas the heat-resistant temperature of a liquid crystal polymer having the highest heat resistance among thermoplastic resins is about 350 ° C. It is.
[0017]
Even if the low-melting glass is applied to a substrate other than the package, since the low-melting glass is mainly composed of silica, which is an inorganic substance, after curing the low-melting glass as usual, an organic substance is placed on the low-melting glass. When the epoxy resin layer is formed, there is a problem that peeling or voids occur at the interface.
[0018]
Moreover, in the invention of directly preventing the breakage or peeling of the gold wire by surrounding the semiconductor LED chip directly with a soft resin such as a silicone resin and then covering with an epoxy resin, after curing the silicone resin as usual, By forming an epoxy resin layer on the silicone resin, breakage or peeling of the gold wire can be prevented.
[0019]
However, as the demand for LEDs increases, use under severer conditions is also conceivable. Under such special conditions, for example, in the case of an LED in which a first resin layer is formed on a semiconductor LED chip and a second resin layer is further formed thereon, the first resin layer and the second resin layer Peeling or voids may occur at the interface with the resin layer.
[0020]
On the other hand, when comparing a high refractive index silicone resin with a commonly used low refractive index silicone resin, a high refractive index silicone resin is softer and weaker to external impacts. Therefore, when the surface of the light emitting element is made of a silicone resin having a high refractive index, there is a possibility that the sealing resin is broken due to a slight external impact.
[0021]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a light-emitting element that can solve the above-described problems and can obtain high light extraction efficiency that is stable for a long period of time.
[Means for Solving the Problems]
[0022]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a light-emitting element having a light-transmitting resin provided with a semiconductor LED chip on a base and covering the semiconductor LED chip, between the base and the light-transmitting resin. The provided light scattering layer has a glass layer in which an inorganic material that scatters light from the semiconductor LED is dispersed, and a resin layer formed on the glass layer. Between the resin layers, there is a composition gradient layer whose composition gradually changes from the glass material constituting the glass layer to the resin material constituting the resin layer.
[0023]
By doing so, the inorganic material and the resin layer can be prevented from coming into direct contact with each other, so that deterioration of the resin by the inorganic material can be prevented, and stable light scattering characteristics can be obtained over a long period of time. Moreover, if it does in this way, compared with the case where a glass layer and a resin layer are made to contact directly, a glass layer and a resin layer can be joined more firmly. Here, the glass referred to in this specification refers to an amorphous inorganic substance having a disordered structure in which constituent atoms are not regularly arranged.
[0024]
In the light emitting device of the present invention, it is preferable that the base is a package having a recess, and the recess is filled with a translucent resin so as to cover the semiconductor LED chip accommodated in the recess. If comprised in this way, light can be reflected by the wall surface of the said recessed part, light can be radiate | emitted above the said package effectively, and it can prevent that an inorganic material and a resin layer contact | connect directly. The deterioration of the resin due to the inorganic material can be prevented, and stable light scattering characteristics can be obtained over a long period of time.
[0025]
In the light emitting device according to the present invention, the resin is preferably an epoxy resin or a silicone resin. Furthermore, in the light emitting element according to the present invention, the inorganic material can be titanium oxide. In this configuration, since titanium oxide can be dispersed in the light scattering layer so as not to come into direct contact with the resin, deterioration of the resin can be prevented, and stable light scattering characteristics can be obtained for a long period of time.
[0026]
The light emitting device manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a light emitting device in which a semiconductor LED chip is provided on a substrate and has a translucent resin covering the semiconductor LED chip. A step of preparing an inorganic coating agent by mixing an inorganic material that scatters light from the semiconductor LED into the sol, and a gel-like inorganic coating layer formed by applying the inorganic coating agent to the substrate and drying it A step of forming a resin layer by coating a resin on the inorganic coating layer in the gel state, and a step of curing the inorganic coating layer and the resin layer.
[0027]
If it does in this way, the light-scattering layer which consists of a glass layer, a resin layer, and a composition inclination layer located between a glass layer and a resin layer can be easily formed in the bottom face and side wall surface of the recessed part 5c.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
[0028]
Hereinafter, the light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. The light-emitting element according to the first embodiment of the present invention is a chip-type light-emitting diode capable of surface mounting in which a semiconductor LED chip 7 is molded with a translucent resin 6 inside a recess 5c of a package 5, It is configured as follows.
[0029]
In the light emitting device of the embodiment, the package 5 is made of, for example, a liquid crystal polymer including a pair of electrode terminals 5a and 5b that are positive and negative terminals, and a recess that houses a semiconductor LED chip. The semiconductor LED chip 7 is formed by growing a gallium nitride-based semiconductor on, for example, a sapphire substrate and die-bonded to the bottom surface of the recess 5c of the package 5, and the positive and negative electrodes thereof are the electrode terminals 5a and 5b of the package 5, respectively. Are connected by wire bonding. The light scattering layer 10 is formed on the bottom surface and side wall surface of the recess 5 c of the package 5.
[0030]
Here, in particular, in the light emitting element of the present embodiment, the light scattering layer 10 is made of TiO 2. ₂ A glass layer 1 in which particles are dispersed to be in contact with the bottom surface and the side wall surface of the recess 5c; a resin layer 3 that is in contact with the translucent resin 6; a glass layer 1 and a resin layer 3; It is characterized by comprising the composition gradient layer 2 located between the two.
[0031]
In the present embodiment, the composition gradient layer 2 is mainly made of a glass material constituting the glass layer 1 in a portion in contact with the glass layer 1, and is made of a resin material mainly constituting the resin layer 3 in a portion in contact with the resin layer 3. In this layer, the composition gradually changes from the glass material to the resin material from the portion in contact with the glass layer 1 toward the portion in contact with the resin layer 3.
[0032]
In the light emitting element of the embodiment configured as described above, the light emitted from the semiconductor LED chip 7 is not only the light emitted upward (forward) but also the light emitted in the direction of the light scattering layer 10. Scattered by the light scattering layer 10 and emitted upward (forward).
[0033]
Thereby, the light emitted from the semiconductor LED chip 7 is efficiently emitted upward (forward). Further, in the light emitting element of the present embodiment, TiO which is a scattering particle in the light scattering layer 10 ₂ (Titanium oxide) Since the resin material is not directly in contact with the titanium oxide material by dispersing the particles in the glass layer 1 which is an inorganic substance, the resin is not deteriorated by the oxidative decomposition action of titanium oxide, and the light is stable over a long period of time. Scattering characteristics are obtained.
[0034]
Moreover, in the light emitting element of this Embodiment, since the composition inclination layer 2 is provided between the glass layer 1 and the resin layer 3, contact with a titanium oxide particle and resin can be prevented more effectively, and composition inclination As compared with the case where no layer is formed, the deterioration of the resin can be effectively prevented. That is, when the glass layer 1 and the resin layer 3 are brought into direct contact, the titanium oxide particles and the resin may contact at the boundary, and the resin may deteriorate at the contact portion.
[0035]
However, the present invention is not limited to the case where the composition gradient layer 2 is present, and it is sufficient that the composition gradient layer 2 includes at least a glass layer containing light scattering particles and a resin layer formed thereon. By separating the resin layer, it is possible to dramatically prevent the deterioration of the resin as compared with the conventional example.
[0036]
Moreover, in the light emitting element of this Embodiment, since the composition inclination layer 2 is provided between the glass layer 1 and the resin layer 3, compared with the case where the glass layer 1 and the resin layer 3 are made to contact directly. The glass layer 1 and the resin layer 3 can be bonded more firmly.
[0037]
Moreover, in the light emitting element of this Embodiment, since the composition inclination layer 2 is formed between the glass layer 1 and the resin layer 3, the glass layer 1 with a comparatively large refractive index, and the resin layer 3 with a small refractive index. The refractive index can be gradually changed between Thereby, since there is no boundary where the refractive index changes discontinuously between the glass layer 1 and the resin layer 3, reflection of light between the glass layer 1 and the resin layer 3 can be prevented.
[0038]
Therefore, the light reflected and scattered by the titanium oxide particles can be emitted above the light emitting element via the translucent resin 6 without being reflected between the glass layer 1 and the resin layer 3, so that the light extraction efficiency can be improved. (Output efficiency) can be further increased.
[0039]
Next, a method for forming the light scattering layer 10 in the light emitting element of the present embodiment will be described.
(1) First, an inorganic coating agent containing titanium oxide is prepared by mixing titanium oxide with a sol containing silica or an inorganic sol having a siloxane skeleton as a binder.
(2) Next, an inorganic coating layer is formed by applying an inorganic coating agent containing titanium oxide to the bottom surface and the side wall surface of the recess 5c of the package 5 on which the semiconductor LED chip is mounted to a predetermined thickness.
(3) Next, the applied inorganic coating layer is dried to be in a gel state, and a resin that is an organic substance such as an epoxy resin or a silicone resin is coated thereon to form a resin layer.
(4) The inorganic coating layer and the resin layer are simultaneously cured at the curing temperature of the resin layer.
[0040]
In this way, TiO ₂ A light scattering layer 10 composed of a glass layer 1 in which particles are dispersed, a resin layer 3, and a composition gradient layer 2 located between the glass layer 1 and the resin layer 3 is formed on the bottom surface and the side wall surface of the recess 5c. be able to.
[0041]
Here, in the present invention, the inorganic binder for forming the glass layer 1 is capable of forming a glass layer by low-temperature heating or room temperature drying, for example, a sol containing silica or an inorganic sol having a siloxane skeleton as a main component. An inorganic binder can be used. In the present invention, the low temperature heating means a curing temperature for curing the resin constituting the resin layer 3 or a temperature lower than that.
[0042]
In the above embodiment, titanium oxide having light scattering / diffusing properties has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other inorganic materials having light scattering / diffusing properties and photocatalytic action. Even in the case where is used, it has the same effect as the present invention.
[0043]
In the present invention, various inorganic materials such as barium titanate, aluminum oxide, silicon oxide, and zinc oxide that have light scattering and diffusibility and no photocatalytic action can also be used.
[0044]
Moreover, in the above embodiment, although the epoxy resin and the silicone resin were mentioned as a preferable example as a material of the resin layer 3, this invention is not restricted to this, You may use other resin, such as polyamide and UV curable resin. .
[0045]
In the above embodiment, the example using the package 5 having the recess 5c has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to the case where another substrate such as a substrate is used.
[0046]
For example, in a light emitting device in which a semiconductor LED chip is provided on a substrate and a light-transmitting resin is formed so as to cover the semiconductor LED chip and the substrate around the LED chip, titanium oxide or the like is in contact with the substrate. A glass layer in which an inorganic material is dispersed may be formed, a resin layer may be formed on the glass layer, and a translucent resin may be formed thereon. Even if it carries out as mentioned above, it has the same effect as the light emitting element of Embodiment 1. FIG.
[Embodiment 2]
[0047]
Hereinafter, a light-emitting element according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The light-emitting element according to the second embodiment of the present invention is a chip that can be surface-mounted by, for example, molding the semiconductor LED chip 7 described in the first embodiment with a translucent resin inside the recess 15c of the package 15. This type of light emitting diode is configured as follows.
[0048]
In the light emitting device of the second embodiment, the package 15 is made of, for example, a liquid crystal polymer or the like that includes a pair of electrode terminals 15a and 15b that are positive and negative terminals and a recess that houses the semiconductor LED chip.
[0049]
The semiconductor LED chip 7 is die-bonded to the bottom surface of the recess 15c of the package 15 via an adhesive 16, and its positive and negative electrodes are respectively connected to electrode terminals 15a and 15a of the package 15 via conductive wires 14 such as gold wires. 15b. For example, the first resin layer 11, the composition gradient layer 12, and the second resin layer 13 are sequentially formed on the semiconductor LED chip 7.
[0050]
Here, in particular, in the light emitting device of the present embodiment, the first resin layer 11 and the second resin layer 13 formed on the first resin layer 11 are sequentially formed on the semiconductor LED chip 7, and It has the composition gradient layer 12 located between the 1st resin layer 11 and the 2nd resin layer 13, It is characterized by the above-mentioned.
[0051]
In the present embodiment, the composition gradient layer 12 is mainly made of a resin material constituting the first resin layer 11 at a portion in contact with the first resin layer 11, and mainly at the second resin layer 13 at a portion in contact with the second resin layer 13. From the material that forms the first resin layer 11 toward the portion that contacts the second resin layer 13 from the portion that contacts the first resin layer 11 to the material that forms the second resin layer 13 Is a layer that gradually changes.
[0052]
In the light emitting element of the second embodiment configured as described above, there is no boundary where the refractive index changes discontinuously at the interface between the first resin layer 11 and the second resin layer 13. Better light extraction efficiency can be obtained without reflecting light. Moreover, since the 1st resin layer 11 and the 2nd resin layer 13 can be joined more firmly, irrespective of the material of the 1st resin layer 11 and the 2nd resin layer 13, the 1st resin layer 11 and the 2nd resin layer 11 It is possible to prevent peeling or voids from occurring at the interface with the resin layer 13.
[0053]
Furthermore, when the relationship of refractive index of the second resin layer 13 <refractive index of the first resin layer 11 <refractive index of the semiconductor LED chip 7 is satisfied, the semiconductor LED chip 7 is covered only with the second resin layer 13. In comparison, the light extraction efficiency can be improved.
[0054]
Further, by covering at least the joint between the conductive wire such as a gold wire and the electrode terminals 15a and 15b with a resin layer having a small linear expansion coefficient such as silicone resin, it is possible to prevent the conductive wire from being cut off at that portion. it can.
[0055]
Next, a method for forming the composition gradient layer 12 in the light emitting element of this embodiment will be described.
(1) First, the first resin layer 11 is formed by applying the material of the first resin layer 11 to a predetermined thickness so as to cover the semiconductor LED chip 7 die-bonded to the bottom surface of the recess 15c of the package 15. To do.
[0056]
Here, by adjusting the amount of the material of the first resin layer 11 or the like, it is possible to determine whether or not the joint portion between the conductive wire and the electrode terminals 15a and 15b is covered with the material of the first resin layer 11. .
(2) Next, without curing the first resin layer 11, that is, in the gel state, the material of the second resin layer 13 is further applied on the first resin layer 11 to form the second resin layer 13. .
(3) Then, the first resin layer 11 and the second resin layer 13 are simultaneously cured at a temperature or time for curing both layers.
[0057]
If it does in this way, the 1st resin layer 11, the 2nd resin layer 13, and the composition inclination layer 12 located between the 1st resin layer 11 and the 2nd resin layer 13 can be formed easily.
[0058]
In the second embodiment, as a material for the first resin layer 11 to the second resin layer 13, a resin such as an epoxy resin, a silicone resin, an amorphous polyamide, or a UV curable resin can be used.
[0059]
Moreover, in Embodiment 2, it is preferable that the shape of the 1st resin layer 11 is a smooth convex shape as shown, for example in FIG. This is because the light incident on the interface between the first resin layer 11 and the second resin layer 13 has a small incident angle, and thus is easily emitted to the second resin layer 13 without being totally reflected. However, in the second embodiment, for example, even if the first resin layer 11 is provided in a shape parallel to the outer shape of the semiconductor LED chip 7, the same effect is obtained.
[0060]
Further, the amount of the first resin layer 11 and the second resin layer 13 is not particularly limited. Furthermore, in the second embodiment, the example using the package 15 having the recess 15c has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to the case where another mounting substrate such as a base is used.
[0061]
For example, as shown in FIG. 3, the semiconductor LED chip 7 described in the first embodiment is die-bonded to the base 21 with an adhesive 22, and is electrically connected to the electrode terminals 21 a and 21 b on the base 21 via the conductive wire 20. Furthermore, the first resin layer 17, the composition gradient layer 18, and the second resin layer 19 may be formed on the semiconductor LED chip 7 in order.
[Example 1]
[0062]
A blue (double-heterostructure nitride semiconductor layer is stacked on a sapphire substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), and a p-electrode and an n-electrode are formed on the same side of the nitride semiconductor layer. 470 nm) Many LED chips are prepared.
[0063]
Next, this LED chip is set in a die bonder, face-up is formed in a concave portion of a package having electrode terminals, and die-bonded. After die bonding, the package is transferred to a wire bonder, the n-electrode of the LED chip is wire-bonded to the corresponding electrode terminal of the package with a gold wire, and the p-electrode is wire-bonded to the other electrode terminal.
[0064]
Next, it is transferred to a molding apparatus, and a silica solution in which 50 wt% of titanium oxide that has been vacuum degassed is mixed into the concave portion of the package with a pressure-correcting dispenser, and the bottom surface of the concave portion of the package on which the semiconductor LED chip is mounted Apply to the side wall surface to a predetermined thickness.
[0065]
Next, when the silica solution mixed with the titanium oxide is in a gel state before being subjected to a curing reaction, a colorless transparent silicone resin A is further injected thereon using the same pressure correction dispenser. Silicone resin A has a refractive index of 1.41, a hardness of 45 Shore (A), and a viscosity of 4000 mPa · s.
[0066]
Thereafter, the silica solution and the silicone resin A are simultaneously cured at 150 ° C. for 4 hours to obtain the LED of Example 1.
[0067]
Next, a light emitting element for comparison, which is configured in the same manner as the light emitting element of Example 1, except that the light scattering layer is not provided and the LED chip is covered only with the silicone resin A having a refractive index of 1.41, is used as a reference. The light output ratio of the light emitting device of Example 1 was found to be 1.2 times. From this experimental result, it has been clarified that the light output is surely improved by providing the light scattering layer.
[Example 2]
[0068]
First, a large number of blue (470 nm) LED chips similar to those in Example 1 are prepared, and the LED chips are die-bonded to a package having electrode terminals through gold wires by the same operation as in Example 1.
[0069]
Next, it is transferred to a molding apparatus, and a colorless and transparent silicone resin B is poured into a concave portion of the package with a pressure correction dispenser so as to cover the LED chip and the entire gold wire. Silicone resin B has a refractive index of 1.52, a hardness of 25 Shore (A), and a viscosity of 1800 mPa · s.
[0070]
Next, in the gel state before the silicone resin B is subjected to a curing reaction, a colorless and transparent silicone resin A having a refractive index of 1.41 is injected onto the silicone resin B using a pressure-correcting dispenser. Thereafter, the resin layers are simultaneously cured at 150 ° C. for 4 hours to obtain the LED of Example 2.
[0071]
Next, when the light output ratio of the light emitting device of Example 2 was determined with reference to the light emitting device for comparison shown in Example 1, it was 1.1 times. From this experimental result, it has been clarified that the light output is surely improved by the configuration like the light emitting element of Example 2.
[0072]
Furthermore, 100 light emitting elements of Example 2 were manufactured and subjected to a thermal shock test. When the thermal shock test was performed at −40 ° C. × 15 minutes and 100 ° C. × 15 minutes under the conditions of 1040 cycles, no breakage or peeling of the gold wire occurred in all 100 pieces.
[Example 3]
[0073]
The light-emitting element in Example 3 is the same as Example 2 except that silicone resin B having a refractive index of 1.52 is used as the first resin layer and epoxy resin having a refractive index of 1.50 is used as the second resin layer. Composed. Here, in particular, the light-emitting element in Example 3 is characterized in that the entire gold wire is covered with the silicone resin B of the first resin layer without covering the gold wire with the epoxy resin of the second resin layer.
[0074]
Next, when the light output ratio of the light emitting element of Example 3 was determined with reference to the light emitting element for comparison shown in Example 1, it was 1.2 times. From this experimental result, it has been clarified that the light output is surely improved by being configured like the light emitting device of Example 3.
[0075]
Furthermore, when 100 light emitting elements of Example 3 were manufactured and the thermal shock test shown in Example 2 was performed, no cut or peeling of the gold wire occurred in all 100 pieces.
[Example 4]
[0076]
The light emitting device of Example 4 is the light emitting device of Example 2 except that the epoxy resin having a refractive index of 1.60 is used as the first resin layer and the silicone resin A having a refractive index of 1.41 is used as the second resin layer. It is configured in the same way. Here, in particular, the light-emitting element in Example 4 is characterized in that the joint between the gold wire and the electrode terminal is not covered with the epoxy resin of the first resin layer but is covered with the silicone resin A of the second resin layer.
[0077]
Next, when the light output ratio of the light emitting device of Example 4 was determined on the basis of the light emitting device for comparison shown in Example 1, it was 1.1 times. From this experimental result, it has been clarified that the light output is surely improved by the configuration like the light emitting device of Example 4.
[0078]
Furthermore, when 100 light emitting elements of Example 3 were manufactured and the thermal shock test shown in Example 2 was performed, no cut or peeling of the gold wire occurred in all 100 pieces.
[Example 5]
[0079]
The light-emitting device in Example 5 is a first light-emitting element comprising a light scattering layer of silica solution mixed with 50 wt% of titanium oxide described in Example 1 and a silicone resin B having a refractive index of 1.52 described in Example 2. Example 2 is the same as Example 1 except that the resin layer and the second resin layer made of silicone resin A having a refractive index of 1.41 and the composition gradient layer are formed at the interface between the first resin layer and the second resin layer. Configured.
[0080]
Here, in particular, in the light emitting element in Example 5, the portion of the gold wire other than that covered with the light scattering layer is covered with the silicone resin B of the first resin layer.
[0081]
Next, when the light output ratio of the light emitting element of Example 5 was determined on the basis of the light emitting element for comparison shown in Example 1, it was 1.3 times. From this experimental result, it has been clarified that the light output is remarkably improved by being configured like the light emitting element of Example 5.
【The invention's effect】
[0082]
As is apparent from the above description, according to the light emitting device of the present invention, it is possible to provide a light emitting device capable of obtaining high light extraction efficiency which is stable for a long time. In addition, according to the method for manufacturing a light-emitting element of the present invention, a light-emitting element capable of obtaining high light extraction efficiency that is stable for a long period of time can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light-emitting element according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of another light emitting device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Glass layer
2, 12, 18 ... Composition gradient layer
3 ... Resin layer
5,15 ... Package
5a, 5b, 15a, 15b, 21a, 21b ... electrode terminals
5c, 15c ... concave portion
6 ... Translucent resin
7 ... Semiconductor LED chip
10: Light scattering layer
11, 17 ... 1st resin layer
13, 19 ... second resin layer
14, 20 ... conductive wire
16, 22 ... Adhesive
21 ... Substrate

Claims

In a light emitting element having a translucent resin provided with a semiconductor LED chip on a base and covering the semiconductor LED chip,
The light scattering layer provided between the base and the translucent resin includes a glass layer in which an inorganic material that scatters light from the semiconductor LED is dispersed, and a resin layer formed on the glass layer. And
The light emitting element characterized by having a composition gradient layer in which a composition changes gradually from the glass material which comprises the said glass layer to the resin material which comprises the said resin layer between the said glass layer and the said resin layer.

The light emitting device according to claim 1, wherein the base is a package having a recess, and the recess is filled with a translucent resin so as to cover the semiconductor LED chip housed in the recess.

The light emitting device according to claim 1, wherein the resin is an epoxy resin or a silicone resin.

The light emitting device according to claim 1, wherein the inorganic material is titanium oxide.

In a method for manufacturing a light emitting element, in which a semiconductor LED chip is provided on a base and has a translucent resin covering the semiconductor LED chip,
A step of preparing an inorganic coating agent by mixing an inorganic material having silica or siloxane as a skeleton with an inorganic material that scatters light from the semiconductor LED;
Forming a gel-like inorganic coating layer by applying the inorganic coating agent to the substrate and drying;
Forming a resin layer by coating a resin on the gel-like inorganic coating layer;
And a step of curing the inorganic coating layer and the resin layer.