JP2010267910A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子から発せられる光が電極の形成されていない基板の露出面に直接照射されるのを防止することによって、基板の劣化や電気的な不具合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である。
【解決手段】 基板１２と、該基板１２上に実装される発光素子１４と、該発光素子１４と電気的に接続される基板１２上に設けられる電極１３ａ，１３ｂと、前記発光素子１４を封止する樹脂体１６とを備え、前記発光素子１４の周囲に該発光素子１４から出射された光が前記基板１２の露出面２１に照射されるのを遮る遮光壁部１５を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光素子を基板上に実装し、その上を樹脂体で封止した構造の発光ダイオードに関するものである。

従来、発光ダイオードは、基板上に所定パターンによる電極を形成し、この電極に発光素子をダイボンドあるいはワイヤボンドによって実装した後、透光性を有した樹脂体によって封止して形成される（特許文献１，２）。

図７は、従来の一般的な発光ダイオードの構造を示したものである。この発光ダイオード１は、端部にスルーホール２ａ，２ｂを有する基板２と、この基板２の上面に金属膜をエッチングなどによって、露出面９を隔ててパターン形成される電極３ａ，３ｂと、前記基板２の中央部にボンディングワイヤ５を介して実装される発光素子４とによって構成されている。前記発光素子４は、ＰＮ接合層８を有するチップ体であり、樹脂体６によって基板２上に封止される。

また、図８に示す発光ダイオード１０のように、前記ＰＮ接合層８が露出するように、発光素子４の下部を基板２に設けた凹部７に落とし込んで実装し、その上を樹脂体６で封止することによって、全体の高さを抑えるようにして構成される場合がある。

特開平８−２６４８４１号公報 実開平１−１６７０６５号公報

ところで、前記基板２はガラスエポキシやＢＴレジンなどの樹脂材によって形成されているが、このような樹脂材は一般に光や熱による影響を受けやすく、特に、発光素子４のＰＮ接合層８から発せられる光が直接照射される露出面９にあっては変色するなどの劣化が生じ、発光品質が低下する場合がある。

前記基板２上には所定パターンによる電極３ａ，３ｂが形成されるため、この電極が形成されている部分に対しては、前記ＰＮ接合層８から照射される光を遮るため、基板２に影響はない。しかしながら、電極３ａ，３ｂが形成されていない前記露出面９にＰＮ接合層８からの光が直接照射されると、経年変化によって変色や電極の剥離等が生じやすくなり、前述したような発光品質の低下に加えて、導通不良等の電気的な不具合を引き起こすおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、発光素子から発せられる光が電極の形成されていない基板の露出面に直接照射されるのを防止することによって、基板の劣化や電気的な不具合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である。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、基板と、該基板上に実装される発光素子と、該発光素子と電気的に接続される基板上に設けられる電極と、前記発光素子を封止する樹脂体とを備え、前記発光素子の周囲に該発光素子から出射された光が前記基板の露出した上面に照射されるのを遮る遮光壁部を設けたことを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードによれば、実装される発光素子の周囲に所定高さの遮光壁部を設けているので、発光素子に近い基板の露出面には光が照射せず、この露出面を飛び越えるようにして電極の表面に照射されることができる。これによって、前記露出面には発光素子からの光が照射されることがなくなり、基板の劣化や電極の剥離等を有効に防止して安定した発光を得ることができる。

また、前記露出面の影になる部分を遮光壁部の上面によって反射させることができるので、発光ダイオード全体の輝度の向上を図ることができる。

本発明に係る発光ダイオードの斜視図である。 上記発光ダイオードの断面図である。 上記発光ダイオードの平面図である。 他の実装形態による発光ダイオードの組立断面図である。 平面基板上に遮光壁部を設けた発光ダイオードの断面図である。 遮光壁部を発光素子の外周部の一部に設けた発光ダイオードの断面図である。 従来の発光ダイオードの断面図である。 従来の他の発光ダイオードの断面図である。

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に示すように、本発明の第１実施形態の発光ダイオード１１は、端部にスルーホール１２ａ，１２ｂを有する基板１２と、この基板１２上に形成される電極１３ａ，１３ｂと、前記基板１２上の中央部に実装され、前記電極１３ａ，１３ｂにそれぞれ導通接続される発光素子１４と、この発光素子１４を取り囲むようにして設けられる遮光壁部１５と、前記発光素子１４を基板１２上に封止する透光性を有した樹脂体１６とによって構成される。

前記基板１２は、一般的なエポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料で四角形状に形成され、端部にスルーホール１２ａ，１２ｂ、中央部に前記発光素子１４の下部を落とし込んで実装する凹部１７が設けられ、この凹部１７の周囲には、金属膜を所定パターン形状にエッチングして電極１３ａ，１３ｂが形成される。この電極１３ａ，１３ｂは、一方がアノードで他方がカソードのスルーホール電極となっている。

前記凹部１７は、基板１２を貫通しないような深さで、前記発光素子１４の外形サイズよりも若干広くして形成される。また、底面及び内壁面には基板１２を保護するため、金属膜が被覆される。

前記発光素子１４は、上面に一対の素子電極を備えたＰ層及びＮ層からなる四角形状の積層チップ体であり、前記Ｐ層とＮ層との接合部分であるＰＮ接合層１８から最も強い光を発する。このＰＮ接合層１８から発せられる光による照射範囲は、発光素子１４を中心とした基板１２の表面全面に及んでいる。前記発光素子１４は、凹部１７に収容されたときにＰＮ接合層１８が基板１２の上面から所定の高さ位置に露出させる。この発光素子１４を実装した後、上面の一対の素子電極とそれぞれ対応する電極３ａ，３ｂとをボンディングワイヤ１９によって接続される。

前記発光素子１４が実装された凹部１７の外周部には、発光素子１４を取り囲むようにして遮光壁部１５が設けられる。この遮光壁部１５は、前記電極１３ａ，１３ｂが形成されていない基板１２の露出した上面（露出面）２１が前記ＰＮ接合層１８に対して影になるような高さに設定される。このような高さに設定することによって、前記ＰＮ接合層１８から下方に向けて出射される光は、前記遮光壁部１５の上面１５ａで阻止されるため、露出面２１には照射されない。また、前記ＰＮ接合層１８から前記上面１５ａを外れて出射される光は、露出面２１を飛び越えて電極１３ａ，１３ｂに照射させることができる。

前記遮光壁部１５は、発光素子１４の実装位置や電極の形成範囲に応じて高さが設定されるが、少なくともＰＮ接合層１８より低く、且つ、電極３ａ，３ｂよりも高くすることが必要となる。また、前記遮光壁部１５は、電極１３ａ，１３ｂと同じエッチング工程によって形成することができる。この場合、遮光壁部１５が形成される部分に対するエッチング深度に対して、電極１３ａ，１３ｂを形成する部分のエッチング深度を深くするように調整することで高低差を持たせることができる。この製法としては、基板１２の表面に金属膜を厚く蒸着し、最初に遮光壁部１５及び電極１３ａ，１３ｂとなる部分をマスクして１回目のエッチングを起こった後、遮光壁部１５はマスクしたままの状態で電極１３ａ，１３ｂのマスクを外して所定の厚みになるように２回目のエッチングを調整しながら行う。

前記発光素子１４の外周部に遮光壁部１５を形成した後、電極１３ａ，１３ｂとをワイヤボンディングし、樹脂体１６を充填して封止成形される。前記樹脂体１６は、透光性を有するエポキシ又はシリコン系の樹脂材によって、前記基板１２上に発光素子１４及び電極１３ａ，１３ｂを覆うようにして成形される。

上記発光ダイオード１１は、基板１２に設けた凹部１７に直接発光素子１４を実装したが、図４に示すように、発光素子１４をカップ体２２に収容し、このカップ体２２ごと前記基板１２の凹部１７に嵌め込んで形成することもできる。前記カップ体２２は、ＰＮ接合層１８が露出するような深さを有して発光素子１４を収容する収容部２３と、厚肉形成された縁部２４とを有して形成される。このカップ体２２は、基板１２の凹部１７に嵌め込まれた際には、前記縁部２４が遮光壁部１５と同様に基板１２の露出面２１に発光素子１４のＰＮ接合層１８から発せられる光を遮る役割をなす。

前記カップ体２２は、金属材あるいは樹脂材のいずれかを用いて形成することができる。カップ体２２が金属材で形成された場合は、縁部２４の上面はそのまま反射面となるが、樹脂材で形成した場合は、縁部２４の上面に金属膜を形成することによって、光反射作用を持たせることができる。

前記カップ体２２は、基板１２の凹部１７に嵌め込んだ後、発光素子１４と電極１３ａ，１３ｂとをワイヤボンディングし、最後に樹脂体１６によって封止される。

上記実施形態では、基板１２に設けた凹部１７に発光素子１４を落とし込んで実装した薄型の発光ダイオードの例を示したが、図５に示す発光ダイオード３１のように、端部にスルーホール３２ａを有する平板状の基板３２を用い、この基板３２上に実装されている発光素子１４の周囲に遮光壁部３５を形成してもよい。このような平板状の基板３２に遮光壁部３５を設けることによっても、基板３２の露出面３４への光照射を有効に防止することができる。この場合にあっては、基板３２の上面からのＰＮ接合層１８が高い位置にあるので、遮光壁部３５を厚めにして形成しなければならないが、電極３３ａ，３３ｂを形成する際のエッチング量の調整や、電極膜を層状に厚く重ねて塗装することによって形成することができる。

図６に示す発光ダイオード４１は、端部にスルーホール４２ａ、中央部に凹部４７を設けた基板４２を用い、発光素子１４を前記凹部４７内にまで延ばしたダイボンド用の電極４３ｂに実装し、他方の電極３２ａとをボンディングワイヤ４６で接続して形成されたものである。この発光ダイオード４１によれば、電極４３ａ，４３ｂが形成されていない露出面４４に面した位置にのみ所定の高さの遮光壁部４５を設けることで、前記露出面４４に発光素子１４のＰＮ接合層１８から発せられる直接光が照射しないように遮ることができる。なお、前記遮光壁部４５が設けられていない発光素子１４の外周面は、電極面となっているので、光照射による基板の劣化のおそれはなく、光反射効果による発光ダイオード４１の輝度アップが図られることとなる。

なお、上記実施形態では、単一の発光素子を用いて構成された発光ダイオードの例について説明したが、複数の発光素子が実装され、このそれぞれの発光素子に応じて電極が形成された基板にあっても、前記発光素子の外周部に所定の高さによる遮光壁部を設けることによって、電極が形成されていない基板の露出面への光照射を防止することが可能である。

以上、説明したように、基板上に実装される発光素子の外周部に所定の高さの遮光壁部を設けることで、電極が形成されていない基板の露出面を発光素子のＰＮ接合層から直接発せられる光の照射によって劣化させることなく、同時に光の反射効率のアップによる発光輝度の高い発光ダイオードを形成することができる。

１、１０ 発光ダイオード
２ 基板
２ａ、２ｂ スルーホール
３ａ、３ｂ 電極
４ 発光素子
５ ボンディングワイヤ
６ 樹脂体
７ 凹部
８ ＰＮ接合層
９ 露出面
１１ 発光ダイオード
１２ 基板
１２ａ、１２ｂ スルーホール
１３ａ、１３ｂ 電極
１４ 発光素子
１５ 遮光壁部
１５ａ 上面
１６ 樹脂体
１７ 凹部
１８ ＰＮ接合層
１９ ボンディングワイヤ
２１ 露出面
２２ カップ体
２３ 収容部
２４ 縁部
３１ 発光ダイオード
３２ 基板
３３ａ、３３ｂ 電極
３４ 露出面
３５ 遮光壁部
４１ 発光ダイオード
４２ 基板
４３ａ、４３ｂ 電極
４４ 露出面
４５ 遮光壁部
４６ ボンディングワイヤ
４７ 凹部

Claims (6)

1. 基板と、該基板上に実装される発光素子と、該発光素子と電気的に接続される基板上に設けられる電極と、前記発光素子を封止する樹脂体とを備え、
   前記発光素子の周囲に該発光素子から出射された光が前記基板の露出した上面に照射されるのを遮る遮光壁部を設けたことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記遮光壁部が、主に発光素子のＰＮ接合層より出射される光が基板の露出した上面に照射されるのを遮る高さを有している請求項１記載の発光ダイオード。
3. 前記発光素子が前記基板の上面に設けた凹部内に収容され、この凹部の周囲に前記遮光壁部が設けられる請求項１記載の発光ダイオード。
4. 前記遮光壁部は、前記ＰＮ接合層より低く、且つ、前記電極より高く形成される請求項１又は２記載の発光ダイオード。
5. 前記遮光壁部は、上面に反射部材を備えて形成される請求項１記載の発光ダイオード。
6. 前記発光素子は、前記基板の凹部に装着されるカップ体に収容され、該カップ体の縁部に前記遮光壁部が設けられる請求項１記載の発光ダイオード。

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