JP3725413B2

JP3725413B2 - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: JP3725413B2
Application number: JP2000307286A
Authority: JP
Inventors: 俊秀前田; 邦彦小原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2019-01-11
Also published as: JP2001135861A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば青色発光の発光ダイオードによる発光を波長変換して白色発光を得るようにした半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
青色発光の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す）は、近来になって、ＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体を利用することによって、発光輝度の高い製品が得られるようになった。そして、この青（Ｂ）のＬＥＤと旧来からの赤（Ｒ），緑（Ｇ）発光のＬＥＤとの組合せにより、これらのＬＥＤの３個を１ドットとする高画質のフルカラー画像の形成が可能となった。
【０００３】
ＬＥＤの分野では、フルカラー対応には光の三原色のＲ，Ｇ，Ｂ（青）が必要であるから、これらの発光色のＬＥＤのより一層の開発と改良が主である。その一方で、たとえばＲ，Ｇ，Ｂの合成によってしか得られない白色発光を単一のＬＥＤで達成しようとする試みも既になされている。このような試みの一つとして、たとえば特開平７−９９３４５号公報に開示されたものがある。
【０００４】
この公報に記載のＬＥＤは、図６の概略図に示すように、発光チップ５０を搭載するリードフレーム５１のマウント部５１ａを含めて樹脂（図示せず）によって封止するいわゆるＬＥＤランプのタイプとしたものである。そして、発光チップ５０の発光波長を変えて異なった発光色とするために、発光チップ５０の周りのマウント部５１ａに蛍光物質を含んだ樹脂５２で封止した構成を持つ。すなわち、旧来のＬＥＤランプでは発光チップを搭載するリードフレームの先端部を含めて被覆するとともにレンズ機能も兼ねるエポキシ樹脂の単層で封止していたものに代えて、発光チップ周りに波長変換用の樹脂層を形成し、その周りをエポキシ樹脂で封止したものである。
【０００５】
このような波長変換用の蛍光物質を含む樹脂５２で発光チップ５０を封止することで、発光チップ５０からの青色発光の波長が蛍光物質によって変えられ、高輝度のＧａＮ系化合物半導体を利用した青色の発光チップを白色発光のデバイスとして使えるようになる。すなわち、ＧａＮ系化合物半導体を利用した青色発光の発光チップ５０の場合では、それ自身の青色発光の成分と、樹脂５２に含まれた蛍光物質によって波長変換された黄緑色の成分との混色によって白色発光が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＥＤランプの場合では、発光チップ５０を搭載するマウント部５１ａの内面を光反射面として利用するので、図示の例のようにマウント部５１ａをすり鉢状とすることが有効である。ところが、マウント部５１ａがすり鉢状であると、図９の（ａ）に示すように、発光チップ５０の発光方向と側方の樹脂５２の厚さＡ，Ｂが異なる場合が多い。これらの厚さＡ，Ｂの相違はマウント部５１ａの形状や発光チップ５０の大きさ及び樹脂５２の充填厚さ等によってさまざまに変わる。このため、これらの条件をもし最適化できれば、発光チップ５０周りの全方向で樹脂５２の層厚を均一にすることはできる。しかしながら、樹脂５２はディスペンサによってマウント部５１ａに注入されるので、その厚さを高精度で制御することは非常に難しく、図示のようなＡ，Ｂの厚さの関係だけでなく発光チップ５０周りの樹脂５２の厚さを均一化することは現状では不可能である。
【０００７】
発光チップ５０周りの樹脂５２の厚さが異なると、厚さが大きいほど発光チップ５０からの青色発光が黄緑色に変換される割合も高くなる。このため、厚さＡ方向では良好な白色発光が得られても、厚さＢ方向のマウント部５１ａの内周面に近い部分では黄緑色の成分が白色を上回るようになる。したがって、マウント部５１ａの底面及び内周面を反射面とする発光なので、中央部では白色が占め周縁部では黄色みを帯びた発光となってしまう。
【０００８】
このように、蛍光物質を含む樹脂５２の発光チップ５０に対する全方向の厚さを均等にできないことに起因して、純粋な白色発光が得られない。すなわち、青色発光を蛍光物質によって黄緑色に変換して本来の青色発光との混色により白色を得るので、発光チップ５０に対する樹脂５２の層厚を最適化しない限り、黄色みを伴わない白色発光は実現されない。
【０００９】
また、樹脂５２をマウント部５１ａに注入したとき、硬化後の樹脂５２に含まれる蛍光物質の量の分布が一様でないと、白色発光の中に黄色の発光が混在することにもなる。すなわち、発光チップ５０からの光路はその発光方向に三次元的に広がっているので、蛍光物質の充填量（樹脂５２内での蛍光物質の密度）にばらつきがあれば、波長変換度も相違してくるので、黄色の発光を含むものとなり、純粋な白色発光が得られない。
【００１０】
本発明は、蛍光物質によって波長変換する半導体発光装置において、たとえば青色の発光チップからの青色発光の分布と波長変換された黄緑色の分布とを均一化して純粋な白色の発光が得られるようにすることを解決課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フリップチップ型の発光素子と、前記発光素子を導通搭載するとともにプリント配線基板またはリードフレーム等の導通部材に導通搭載されるサブマウント素子と、前記発光素子の全体を封止して前記サブマウント素子の搭載面に接合される光透過性の樹脂を使用したパッケージとを備え、前記パッケージは、前記光透過性の樹脂に前記発光素子からの光を波長変換する蛍光物質を含有するとともに、前記発光素子の前記搭載面を除く主光取り出し面及び四方の側面の各面に対してそれぞれ平行な外郭面を合成した外形とし、かつ前記発光素子の外郭面からの厚さを発光方向の全方位でほぼ等しくしたことを特徴とする。
【００１２】
このような構成では、パッケージの樹脂中に含ませる蛍光物質をほぼ一様に分散させておけば、主光取り出し面及び側面から放出される光のそれぞれについて波長変換度を均一化できるので、黄色みを帯びない純粋な白色発光が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、フリップチップ型の発光素子と、前記発光素子を導通搭載するとともにプリント配線基板またはリードフレーム等の導通部材に導通搭載されるサブマウント素子と、前記発光素子の全体を封止して前記サブマウント素子の搭載面に接合される光透過性の樹脂を使用したパッケージとを備え、前記パッケージは、前記光透過性の樹脂に前記発光素子からの光を波長変換する蛍光物質を含有するとともに、前記発光素子の前記搭載面を除く主光取り出し面及び四方の側面の各面に対してそれぞれ平行な外郭面を合成した外形とし、かつ前記発光素子の外郭面からの厚さを発光方向の全方位でほぼ等しくしてなる半導体発光装置であって、発光素子の発光方向の全方位に対して蛍光物質による波長変換度を均一化し、パッケージ全体から発光素子の発光色と波長変換された発光色との混色の発光が一様に得られるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記パッケージの上端四隅に、前記発光素子の外郭面からの厚さＤと同じ半径Ｄの円弧面を形成した請求項１記載の半導体発光装置であって、パッケージ角部からの黄色発光を防止し、より一層純粋な白色の発光が効果的に得られる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記パッケージの厚さを２０〜１１０μｍとするとともに、前記光透過性の樹脂に含まれる前記蛍光物質を５０〜９０重量％としてなる請求項１または２記載の半導体発光装置であり、パッケージの厚さと波長変換用の蛍光物質の含有率を最適化することで、色むらのない良好な発光が得られるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。なお、本実施の形態では、説明を判りやすくするため、請求項２の波長変換用の蛍光物質を含むパッケージの厚さを全方位で同じとする構成を先に説明する。
【００１７】
図１は請求項１記載の発明の一実施の形態による半導体発光装置の概略斜視図、図２の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ要部の縦断面図及び平面図である。
【００１８】
図示のように、本発明の半導体発光装置は、サブマウント素子１とその上に搭載した発光素子２及びこの発光素子２の全体を封止した蛍光物質を含むパッケージ３とから構成されている。
【００１９】
サブマウント素子１はｎ型のシリコン基板１ａを用いたもので、このシリコン基板１ａは図２の（ａ）に示すように発光素子２の搭載面側の一部に臨む部分だけをｐ型半導体領域１ｂとしている。そして、シリコン基板１ａの底面にはｎ電極１ｃを形成するとともに、発光素子２の搭載面にはシリコン基板１ａのｎ型半導体層に接合したｎ側電極１ｄを備え、更にｐ型半導体領域１ｂに含まれた部分にｐ側電極１ｅを形成している。
【００２０】
発光素子２は、従来技術の項で述べたＧａＮ系化合物半導体を利用した高輝度の青色発光のＬＥＤである。この発光素子２は、サファイアを素材とした基板２ａの表面に、たとえばＧａＮのｎ型層、ＩｎＧａＮの活性層及びＧａＮのｐ型層を積層したものである。そして、従来周知のように、ｐ型層の一部をエッチングしてｎ型層を露出させ、この露出したｎ型層の表面にｎ側電極２ｃを形成し、ｐ型層の表面にはｐ側電極２ｄを形成し、これらのｎ側及びｐ側の電極２ｃ，２ｄをそれぞれバンプ電極２ｅ，２ｆによってｎ側電極１ｄ及びｐ側電極１ｅに接合している。
【００２１】
なお、このようなサブマウント素子１と発光素子２との複合化素子では、サブマウント素子１のｎ電極１ｃをたとえばプリント基板の配線パターン上に導通搭載するとともに、パッケージ３から離れた領域のｐ側電極１ｅにワイヤを配線パターンとの間にボンディングするアセンブリであればよい。また、単に発光素子２への通電と搭載の機能だけでなく、たとえばツェナーダイオードを利用した静電気保護用の素子をサブマウント素子とすることもできる。
【００２２】
パッケージ３は、従来からＬＥＤランプの分野で使用されているエポキシ樹脂を素材とし、蛍光物質を混入したものである。エポキシ樹脂に混入する蛍光物質は、白色発光に変換する場合では、発光素子２の発光色である青色と補色の関係を持つものであればよく、蛍光染料，蛍光顔料，蛍光体などが利用でき、たとえば（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ等が好適である。
【００２３】
ここで、発光素子２は図２の（ｂ）に示すように正方形の平面形状としたもので、同図の（ａ）中の破線で示すｐ型層とｎ型層との間の活性層２ｂから発光される。そして、この活性層２ｂからの発光は透明のサファイアを用いた基板２ａを透過するので、図２の（ａ）において基板２ａの上面が主光取り出し面となる。また、活性層２ｂからの光は基板２ａを透過する方向だけではなく、側方やサブマウント素子１の表面にも向かい、側方へ向かうものはそのままパッケージ３から放出され、表面へ向かった発光成分は金属光沢を持つｎ側及びｐ側の電極１ｄ，１ｅによって反射される。したがって、発光素子２からの光は、主光取り出し面からの発光強度が最大となるものの、発光素子２自体はその平面形状の四角形の１辺の長さが３５０μｍ程度と微小なので、発光素子２の全体から一様に発光されるといってよい。
【００２４】
このような発光素子２からの発光の形態において、従来では、蛍光物質を混入した封止樹脂の厚さや充填量が一様でないことから白色発光の中に黄色発光が混じってしまうというものであった。すなわち、封止樹脂が厚い部分を抜ける光は蛍光物質による波長変換が薄い部分を抜ける光よりも促されるので、黄緑色の発光が強くなり、その結果黄色みを帯びた発光となる。
【００２５】
これに対し、本発明では、図２から明らかなように、発光素子２の外郭面に対して縦方向及び横方向のパッケージ３の厚さを等しくすることで、活性層２ｂからの発光がパッケージ３から抜ける間に、蛍光物質による一様な波長変換が得られるようにする。すなわち、図２の（ｂ）に示すように、発光素子２の側面からパッケージ３の表面までの距離をＤとするとき、発光素子２の周囲の４側面の周りのパッケージ３の厚さは全てＤとする。また、図２の（ａ）において、基板２ａの上面からパッケージ３の上面までの厚さもＤとする。
【００２６】
このように発光素子２の主光取り出し面からの発光方向及び側面からの発光方向は全てＤの厚さのパッケージ３で被覆される。そして、主光取り出し面からの発光が白色光となるように、パッケージ３の厚さＤと蛍光体の含有率を調整すれば、パッケージ３の上面だけでなく周囲の４側面からも白色光が放出される。
【００２７】
なお、発光素子２からパッケージ３の上端面の４辺の角部までの距離は、設定したパッケージ３の厚さＤよりも少し長く、この部分へ向かう光については波長変換度が僅かに大きくなる。しかしながら、厚さの差は極めて微小であることと、発光素子２からの光はパッケージ３の上面と周囲の４側面から白色光が放たれるので、パッケージ３の角部から黄色みを僅かに帯びた光が放出されたとしても、周りの白色光に吸収されてしまう。そして、図２において一点鎖線で示すように、パッケージ３の全ての角部を半径がＤの円弧面となるように製造すれば、発光素子２の表面からパッケージ３の全ての外郭面までの距離をＤとすることができる。このようにすれば、より一層純粋な白色の発光が効果的に得られる。
【００２８】
このように、発光素子２を封止するパッケージ３の厚さを発光素子２の底面側を除く全方位でほぼ同じとしたことによって、発光素子２からの光の蛍光物質による波長変換度がほぼ均一化される。したがって、パッケージ３から放出される光を純粋な白色光として得ることができる。
【００２９】
ここで、先に述べたように、パッケージ３の厚さＤと蛍光物質の含有率との関係が、良好な白色光がパッケージ３の全体から放出されるための一つの重要な因子である。これは、発光素子２からの光がパッケージ３を抜ける間に蛍光物質により青色発光が波長変換されて黄緑色の成分となり、発光素子２からの青色発光成分との混色によって白色発光となることを考えれば明らかである。本発明者らは、パッケージ３の厚さＤと蛍光物質の含有率との関係について研究を重ね、パッケージ３の厚さＤは２０〜１１０μｍ程度で、蛍光物質の含有率は５０〜９０重量％であれば、最適な白色光が得られることを知見によって得た。
【００３０】
下記の（表１）はパッケージ３の厚さＤと蛍光物質の含有率との関係による色度座標ｘ，ｙの値を実験によって測定した実測値である。
【００３１】
【表１】

【００３２】
測定に際しては、パッケージ３としてエポキシ樹脂を用い、蛍光物質としては（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅを用いた。（表１）から明らかなように、パッケージ３の厚さが２０〜１１０μｍであって、蛍光物質の含有率が５０〜９０重量％のとき、白色（ｘ＝０．２５〜０．４０，ｙ＝０．２５〜０．４０）の値に近似した値の発光色が得られることが判る。
【００３３】
図３，図４は図１及び図２に示した半導体発光装置の製造方法を示す概略図である。
【００３４】
図３はフォトリソグラフィー法を利用したもので、シリコンウエハー１０に図２で示したｐ型半導体領域１ｂを形成するとともに、ｎ電極１ｃ，ｎ側電極１ｄ，ｐ側電極１ｅをパターン形成したシリコンウエハー１０をまず準備する。そして、ｎ側及びｐ側の電極２ｃ，２ｄにそれぞれバンプ電極２ｅ，２ｆを形成した発光素子２をｎ側電極１ｄ，ｐ側電極１ｅのパターンに合わせて実装し、図３の（ａ）に示すように蛍光体ペースト１１をシリコンウエハー１０の表面に一様の厚さで塗布する。この蛍光体ペースト１１はたとえばアクリル系樹脂等の紫外線硬化性の樹脂に先に例示した（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ等の蛍光物質を混入したものである。
【００３５】
蛍光体ペースト１１の塗布の後、同図（ｂ）のようにパターン形成用のマスク１２を被せて上から紫外線を照射し、発光素子２を被覆する部分の蛍光体ペースト１１を硬化させる。この後、現像工程に移して蛍光体ペースト１１の不要な部分を除去することによってパッケージ３が形成され（図３の（ｃ））、ダイシングによって図１及び図２に示したような半導体発光装置を得ることができる。
【００３６】
図４はスクリーン印刷法を利用したもので、シリコンウエハー１０への発光素子２の実装までの工程は図３の例と同様である。この発光素子２の実装の後、予め製作しておいたメタルマスク１３をシリコンウエハー１０の上に載せ（図４の（ａ）〜（ｂ））、蛍光体ペースト１４をスクリーン印刷法によって塗布する。この蛍光体ペースト１４は紫外線硬化性のものではなく、エポキシ樹脂等の樹脂に蛍光物質とチキソトロピック材を混入したものである。蛍光体ペースト１４を塗布した後には、メタルマスク１３を取り外し、熱硬化することによってシリコンウエハー１０の表面に発光素子２を封止したパッケージ３が形成され（図４の（ｃ））、ダイシングによって半導体発光装置の単体が得られる。
【００３７】
図５は転写法を利用したもので、転写板１５の表面に蛍光体ペースト１６を予め塗布したものを準備し、発光素子２を実装したシリコンウエハー１０を上下反転した姿勢に保持する（図５の（ａ））。次いで、発光素子２が蛍光体ペースト１６の中に浸漬されるようにシリコンウエハー１０を転写板１５の上に被せ（同図の（ｂ））、その後シリコンウエハー１０を引き上げると同図の（ｃ）のように発光素子２が蛍光体ペースト１６によって封止したものが得られる。そして、ダイシング工程によって半導体発光装置の単体が得られる。蛍光体ペースト１６は先の例と同様に樹脂に蛍光物質を含ませたものであるが、転写法による製造の場合では、蛍光体ペースト１６に用いる樹脂はアクリル系樹脂やエポキシ樹脂に限られず、その他のものであってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明では、光透過性の樹脂に前記発光素子からの光を波長変換する蛍光物質を含有するとともに、発光素子の搭載面を除く主光取り出し面及び四方の側面の各面に対してそれぞれ平行な外郭面を合成した外形とし、かつ発光素子の外郭面からの厚さを発光方向の全方位でほぼ等しくすることで、樹脂に含ませた蛍光物質による波長変換度を一様化してパッケージの表面から放出でき、色むらのない鮮明な発光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による半導体発光装置の概略斜視図
【図２】（ａ）は図１の半導体発光装置の要部縦断面図
（ｂ）は図１の半導体発光装置の平面図
【図３】フォトリソグラフィー法による半導体発光装置の製造工程を示す概略図
【図４】スクリーン印刷法による半導体発光装置の製造工程を示す概略図
【図５】転写法による半導体発光装置の製造工程を示す概略図
【図６】従来例の概略であって、
（ａ）は要部の縦断面図
（ｂ）は平面図
【符号の説明】
１サブマウント素子
１ａシリコン基板
１ｂｐ型半導体領域
１ｃｎ電極
１ｄｎ側電極
１ｅｐ側電極
２発光素子
２ａ基板
２ｂ活性層
２ｃｎ側電極
２ｄｐ側電極
２ｅ，２ｆバンプ電極
３パッケージ
４基台
４ａ接着剤
５パッケージ
５ａ，５ｂ孔
６ａ，６ｂワイヤ
７ａリード
７ｂマウント部
７ｃリード
１０シリコンウエハー
１１蛍光体ペースト
１２マスク
１３メタルマスク
１４蛍光体ペースト
１５転写板
１６蛍光体ペースト
２０ウエハー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device that obtains white light emission by converting the wavelength of light emitted from, for example, a blue light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
Blue light-emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) have recently come to be able to obtain products with high emission brightness by using GaN-based compound semiconductors such as GaN, GaAlN, InGaN, and InAlGaN. became. And, by combining this blue (B) LED with the traditional red (R) and green (G) LEDs, it is possible to form a high-quality full-color image with three of these LEDs as one dot. It became.
[0003]
In the field of LEDs, full-color correspondence requires R, G, B (blue) of the three primary colors of light, so further development and improvement of these light emitting color LEDs is main. On the other hand, attempts have already been made to achieve white light emission with a single LED, which can be obtained only by the synthesis of R, G, B, for example. One such attempt is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-99345.
[0004]
As shown in the schematic diagram of FIG. 6 , the LED described in this publication includes a so-called LED lamp type that is sealed with a resin (not shown) including a mount portion 51a of a lead frame 51 on which a light emitting chip 50 is mounted. It is a thing. Then, in order to change the emission wavelength of the light emitting chip 50 to have different emission colors, the mount portion 51a around the light emitting chip 50 is sealed with a resin 52 containing a fluorescent material. In other words, in the conventional LED lamp, instead of the LED lamp that covers the tip of the lead frame on which the light-emitting chip is mounted and is sealed with a single layer of epoxy resin that also functions as a lens, it is used for wavelength conversion around the light-emitting chip. The resin layer is formed and the periphery thereof is sealed with an epoxy resin.
[0005]
By sealing the light emitting chip 50 with the resin 52 containing the wavelength converting fluorescent material, the wavelength of blue light emitted from the light emitting chip 50 is changed by the fluorescent material, and a high-luminance GaN-based compound semiconductor is used. The blue light emitting chip can be used as a white light emitting device. That is, in the case of the light emitting chip 50 that emits blue light using a GaN-based compound semiconductor, a white color is produced by mixing the blue light emitting component itself with the yellow-green component that has been wavelength-converted by the fluorescent material contained in the resin 52. Luminescence is obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of an LED lamp, the inner surface of the mount portion 51a on which the light emitting chip 50 is mounted is used as a light reflecting surface. Therefore, it is effective to make the mount portion 51a into a mortar shape as in the illustrated example. However, when the mount portion 51a has a mortar shape, the light emitting direction of the light emitting chip 50 and the thicknesses A and B of the side resins 52 are often different as shown in FIG. The difference between the thicknesses A and B varies depending on the shape of the mount 51a, the size of the light emitting chip 50, the filling thickness of the resin 52, and the like. Therefore, if these conditions can be optimized, the layer thickness of the resin 52 can be made uniform in all directions around the light emitting chip 50. However, since the resin 52 is injected into the mount portion 51a by the dispenser, it is very difficult to control the thickness thereof with high accuracy. Not only the relationship between the thicknesses A and B as shown, but also the surroundings of the light emitting chip 50 It is currently impossible to make the thickness of the resin 52 uniform.
[0007]
When the thickness of the resin 52 around the light emitting chip 50 is different, the ratio of the blue light emission from the light emitting chip 50 converted to yellowish green increases as the thickness increases. For this reason, even if good white light emission is obtained in the thickness A direction, the yellow-green component exceeds white in the portion near the inner peripheral surface of the mount portion 51a in the thickness B direction. Therefore, since the light emission has the bottom surface and the inner peripheral surface of the mount portion 51a as the reflection surfaces, white is occupied in the central portion, and the yellow light is emitted in the peripheral portion.
[0008]
Thus, pure white light emission cannot be obtained due to the fact that the thickness of the resin 52 containing the fluorescent material in all directions with respect to the light emitting chip 50 cannot be made uniform. That is, since blue light emission is converted into yellowish green by a fluorescent material and white color is obtained by mixing with the original blue light emission, white light emission without yellowing is performed unless the layer thickness of the resin 52 with respect to the light emitting chip 50 is optimized. Not realized.
[0009]
Further, when the resin 52 is injected into the mount portion 51a, if the distribution of the amount of the fluorescent substance contained in the cured resin 52 is not uniform, yellow light emission may be mixed in the white light emission. That is, since the optical path from the light emitting chip 50 spreads three-dimensionally in the light emitting direction, if the filling amount of the fluorescent material (density of the fluorescent material in the resin 52) varies, the wavelength conversion degree also differs. Therefore, yellow light emission is included, and pure white light emission cannot be obtained.
[0010]
The present invention provides a semiconductor light-emitting device that converts a wavelength with a fluorescent material so that, for example, a blue light emission distribution from a blue light-emitting chip and a wavelength-converted yellow-green distribution are uniformed to obtain pure white light emission. To solve it.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a flip chip type light emitting element, a submount element that is conductively mounted on the light emitting element and is conductively mounted on a conductive member such as a printed wiring board or a lead frame, and the entire light emitting element is sealed. A package using a light transmissive resin bonded to the mounting surface of the submount element, and the package contains a fluorescent material that converts the wavelength of light from the light emitting element in the light transmissive resin. And an outer shape obtained by synthesizing outer surfaces parallel to each of the main light extraction surface and the four side surfaces excluding the mounting surface of the light emitting element, and a thickness from the outer surface of the light emitting element is a light emitting direction. It is characterized by being almost equal in all directions.
[0012]
In such a configuration, if the phosphor contained in the resin of the package is dispersed almost uniformly, the degree of wavelength conversion can be made uniform for each of the light emitted from the main light extraction surface and the side surface. Pure white light emission without tinge is obtained.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to claim 1 is a flip-chip type light emitting element, a submount element in which the light emitting element is conductively mounted and conductively mounted on a conductive member such as a printed wiring board or a lead frame, and the entire light emitting element. And a package using a light transmissive resin bonded to the mounting surface of the submount element, and the package converts the wavelength of light from the light emitting element into the light transmissive resin. The outer shape contains a fluorescent material, and has an outer shape obtained by synthesizing outer surfaces parallel to each of the main light extraction surface and the four side surfaces excluding the mounting surface of the light emitting element, and from the outer surface of the light emitting element. A semiconductor light emitting device in which the thickness is almost equal in all directions in the light emitting direction. Has the effect of light emission can be obtained uniformly mixed color from the entire over-di and emission color and the wavelength converted light emission color of the light emitting element.
[0014]
The invention according to claim 2 is the semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an arc surface having the same radius D as the thickness D from the outer surface of the light emitting element is formed at the upper four corners of the package. Yellow light emission from the corner is prevented, and even more pure white light emission can be effectively obtained.
[0015]
The invention according to claim 3 is the semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the package is 20 to 110 μm and the fluorescent material contained in the light-transmitting resin is 50 to 90% by weight. It is a light emitting device, and has an effect that good light emission without color unevenness can be obtained by optimizing the thickness of the package and the content of the fluorescent substance for wavelength conversion.
[0016]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, in order to make the description easy to understand, a configuration in which the thickness of the package containing the wavelength converting fluorescent material according to claim 2 is the same in all directions will be described first.
[0017]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are a longitudinal sectional view and a plan view of a main part, respectively.
[0018]
As shown in the figure, the semiconductor light emitting device of the present invention comprises a submount element 1, a light emitting element 2 mounted thereon, and a package 3 containing a fluorescent material that seals the entire light emitting element 2.
[0019]
The submount element 1 uses an n-type silicon substrate 1a. As shown in FIG. 2 (a), the silicon substrate 1a has only a portion facing a part on the mounting surface side of the light-emitting element 2 as a p-type semiconductor. Region 1b is set. An n-electrode 1c is formed on the bottom surface of the silicon substrate 1a, and an n-side electrode 1d bonded to the n-type semiconductor layer of the silicon substrate 1a is provided on the mounting surface of the light emitting element 2, and the p-type semiconductor region 1b is further provided with a p-type semiconductor region 1b. A p-side electrode 1e is formed in the included portion.
[0020]
The light emitting element 2 is a high-luminance blue light emitting LED using the GaN-based compound semiconductor described in the section of the prior art. In the light emitting element 2, for example, a GaN n-type layer, an InGaN active layer, and a GaN p-type layer are stacked on the surface of a substrate 2a made of sapphire. Then, as is well known in the art, a part of the p-type layer is etched to expose the n-type layer, and the n-side electrode 2c is formed on the exposed surface of the n-type layer. A side electrode 2d is formed, and these n-side and p-side electrodes 2c and 2d are joined to the n-side electrode 1d and the p-side electrode 1e by bump electrodes 2e and 2f, respectively.
[0021]
Note that, in such a composite element of the submount element 1 and the light emitting element 2, the n electrode 1c of the submount element 1 is conductively mounted on, for example, a wiring pattern of a printed circuit board, and p in a region away from the package 3 is provided. What is necessary is just an assembly which bonds a wire between the side electrode 1e and a wiring pattern. Further, not only a function of energizing and mounting the light emitting element 2 but also an element for electrostatic protection using, for example, a Zener diode can be used as the submount element.
[0022]
The package 3 is made of an epoxy resin conventionally used in the field of LED lamps and mixed with a fluorescent material. The fluorescent material mixed in the epoxy resin may be any material that has a complementary color relationship with the blue light emission color of the light emitting element 2 when converted to white light emission, and fluorescent dyes, fluorescent pigments, phosphors, and the like can be used. For example, (Y, Gd) ₃ (Al, Ga) ₅ O ₁₂ : Ce is suitable.
[0023]
Here, the light emitting element 2 has a square planar shape as shown in FIG. 2B, and is an active layer between the p-type layer and the n-type layer indicated by a broken line in FIG. Light is emitted from 2b. Since the light emitted from the active layer 2b is transmitted through the substrate 2a using transparent sapphire, the upper surface of the substrate 2a is the main light extraction surface in FIG. The light from the active layer 2b is not only transmitted in the direction of transmitting through the substrate 2a but also directed to the side and the surface of the submount element 1, and the light directed toward the side is emitted from the package 3 as it is and emitted toward the surface. The component is reflected by the n-side and p-side electrodes 1d and 1e having a metallic luster. Therefore, although the light emitted from the light emitting element 2 has the maximum light emission intensity from the main light extraction surface, the light emitting element 2 itself has a small one side length of about 350 μm, and therefore the light emitting element 2 It can be said that light is emitted uniformly from the whole.
[0024]
Conventionally, in such a form of light emission from the light emitting element 2, yellow light emission is mixed with white light emission because the thickness and filling amount of the sealing resin mixed with the fluorescent material are not uniform. It was. That is, the light that passes through the thick portion of the sealing resin is promoted more than the light that passes through the portion where the wavelength conversion by the fluorescent material is thin, so that yellow-green light emission becomes stronger, resulting in yellowish light emission.
[0025]
On the other hand, in the present invention, as apparent from FIG. 2, the thickness of the package 3 in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the outer surface of the light emitting element 2 is equalized, so that the light emission from the active layer 2 b is the package. While exiting from step 3, uniform wavelength conversion by the fluorescent material is obtained. That is, as shown in FIG. 2B, when the distance from the side surface of the light emitting element 2 to the surface of the package 3 is D, the thickness of the package 3 around the four side surfaces around the light emitting element 2 is all D. 2A, the thickness from the upper surface of the substrate 2a to the upper surface of the package 3 is also D.
[0026]
As described above, the light emitting direction from the main light extraction surface and the light emitting direction from the side surface of the light emitting element 2 are all covered with the package 3 having a thickness of D. If the thickness D of the package 3 and the phosphor content are adjusted so that the light emitted from the main light extraction surface becomes white light, white light can be emitted not only from the upper surface of the package 3 but also from the surrounding four side surfaces. Released.
[0027]
Note that the distance from the light emitting element 2 to the corners of the four sides of the upper end surface of the package 3 is slightly longer than the set thickness D of the package 3, and the wavelength conversion degree is slightly increased for light traveling toward this portion. . However, the difference in thickness is extremely small, and the light from the light-emitting element 2 is emitted from the top surface of the package 3 and the four surrounding sides, so that the yellow color is slightly removed from the corners of the package 3. Even if tinged light is emitted, it is absorbed by the surrounding white light. Then, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 2, if all the corners of the package 3 are manufactured to be circular arc surfaces having a radius D, the distance from the surface of the light emitting element 2 to all the outer surfaces of the package 3. Can be D. In this way, even more pure white light emission can be effectively obtained.
[0028]
Thus, by making the thickness of the package 3 for sealing the light emitting element 2 substantially the same in all directions except the bottom surface side of the light emitting element 2, the wavelength conversion degree of the light from the light emitting element 2 by the fluorescent substance is almost the same. It is made uniform. Therefore, the light emitted from the package 3 can be obtained as pure white light.
[0029]
Here, as described above, the relationship between the thickness D of the package 3 and the content of the fluorescent material is one important factor for good white light to be emitted from the entire package 3. This is because blue light emission is wavelength-converted by the fluorescent material while the light from the light emitting element 2 passes through the package 3 to become a yellow-green component, and white light emission is caused by a color mixture with the blue light emitting component from the light emitting element 2. It is clear if you think about it. The inventors have repeatedly studied the relationship between the thickness D of the package 3 and the content of the fluorescent material. The thickness D of the package 3 is about 20 to 110 μm, and the content of the fluorescent material is 50 to 90% by weight. Then, it was obtained by knowledge that an optimal white light can be obtained.
[0030]
The following (Table 1) is an actual measurement value obtained by experimentally measuring the values of the chromaticity coordinates x and y based on the relationship between the thickness D of the package 3 and the phosphor content.
[0031]
[Table 1]

[0032]
In the measurement, an epoxy resin was used as the package 3 and (Y, Gd) ₃ (Al, Ga) ₅ O ₁₂ : Ce was used as the fluorescent material. As apparent from Table 1, when the thickness of the package 3 is 20 to 110 μm and the content of the fluorescent material is 50 to 90% by weight, white (x = 0.25 to 0.40, y It can be seen that an emission color having a value approximate to the value of = 0.25 to 0.40) is obtained.
[0033]
3 and 4 are schematic views showing a method of manufacturing the semiconductor light emitting device shown in FIGS.
[0034]
FIG. 3 shows a silicon wafer in which the p-type semiconductor region 1b shown in FIG. 2 is formed on the silicon wafer 10 and the n-electrode 1c, the n-side electrode 1d, and the p-side electrode 1e are patterned. First prepare 10. Then, the light-emitting element 2 in which bump electrodes 2e and 2f are formed on the n-side and p-side electrodes 2c and 2d, respectively, is mounted according to the pattern of the n-side electrode 1d and p-side electrode 1e, and is shown in FIG. As shown, the phosphor paste 11 is applied to the surface of the silicon wafer 10 with a uniform thickness. This phosphor paste 11 is obtained by mixing a fluorescent substance such as (Y, Gd) ₃ (Al, Ga) ₅ O ₁₂ : Ce exemplified above in an ultraviolet curable resin such as an acrylic resin.
[0035]
After the application of the phosphor paste 11, as shown in FIG. 5B, the pattern forming mask 12 is put on and irradiated with ultraviolet rays from above to cure the portion of the phosphor paste 11 covering the light emitting element 2. Thereafter, the development step is carried out to remove unnecessary portions of the phosphor paste 11 to form the package 3 (FIG. 3C), and the semiconductor light emitting device as shown in FIGS. 1 and 2 by dicing. Can be obtained.
[0036]
FIG. 4 uses a screen printing method, and the process until the light emitting element 2 is mounted on the silicon wafer 10 is the same as the example of FIG. After mounting the light emitting element 2, a metal mask 13 produced in advance is placed on the silicon wafer 10 (FIGS. 4A to 4B), and the phosphor paste 14 is applied by screen printing. . The phosphor paste 14 is not ultraviolet curable, and is a mixture of a fluorescent material and a thixotropic material in a resin such as an epoxy resin. After the phosphor paste 14 is applied, the metal mask 13 is removed and thermally cured to form a package 3 in which the light emitting element 2 is sealed on the surface of the silicon wafer 10 ((c) in FIG. 4). A single semiconductor light emitting device is obtained.
[0037]
FIG. 5 uses a transfer method, in which a phosphor paste 16 is applied in advance to the surface of a transfer plate 15 and the silicon wafer 10 on which the light emitting element 2 is mounted is held in an upside down position (FIG. 5). (A)). Next, the silicon wafer 10 is placed on the transfer plate 15 so that the light emitting element 2 is immersed in the phosphor paste 16 ((b) in the figure), and then the silicon wafer 10 is pulled up (c) in the figure. The light emitting element 2 is sealed with the phosphor paste 16 as shown in FIG. And the single-piece | unit of a semiconductor light-emitting device is obtained by a dicing process. The phosphor paste 16 is made of a resin containing a phosphor as in the previous example. However, in the case of manufacturing by a transfer method, the resin used for the phosphor paste 16 is not limited to an acrylic resin or an epoxy resin. Others may be used.
[0044]
【The invention's effect】
In the present invention, the light-transmitting resin contains a fluorescent substance that converts the wavelength of light from the light emitting element, and is parallel to each of the main light extraction surface and the four side surfaces excluding the mounting surface of the light emitting element. The outer shape of the outer surface is combined, and the thickness from the outer surface of the light emitting element is almost equal in all directions of the light emitting direction, so that the wavelength conversion degree by the fluorescent material contained in the resin is made uniform and the package It can be emitted from the surface, and clear light emission without color unevenness can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a longitudinal sectional view of a main part of the semiconductor light emitting device of FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of a semiconductor light emitting device by a photolithography method. FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of a semiconductor light emitting device by a screen printing method. FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional process.
(A) is a longitudinal sectional view of the main part (b) is a plan view [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Submount element 1a Silicon substrate 1b p-type semiconductor region 1c n electrode 1d n side electrode 1e p side electrode 2 light emitting element 2a substrate 2b active layer 2c n side electrode 2d p side electrode 2e, 2f bump electrode 3 package 4 base 4a Adhesive 5 Package 5a, 5b Hole 6a, 6b Wire 7a Lead 7b Mount 7c Lead 10 Silicon wafer 11 Phosphor paste 12 Mask 13 Metal mask 14 Phosphor paste 15 Transfer plate 16 Phosphor paste 20 Wafer

Claims

A flip-chip type light emitting element, a submount element in which the light emitting element is conductively mounted and conductively mounted on a conductive member such as a printed wiring board or a lead frame, and the light emitting element is sealed to form the submount element And a package using a light-transmitting resin bonded to the mounting surface, the package containing a fluorescent material that converts the wavelength of light from the light-emitting element in the light-transmitting resin, and the light emission A main light extraction surface having a square planar shape excluding the mounting surface of the element , and an outer shape obtained by synthesizing outer surfaces parallel to each of the four side surfaces, and a thickness from the outer surface of the light emitting element A semiconductor light emitting device in which the thickness is made substantially equal in all directions of the light emitting direction.

2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein an arc surface having the same radius D as the thickness D from the outer surface of the light emitting element is formed at the four upper corners of the package.

The package is made of epoxy resin and has a thickness of 20 to 110 μm, and the fluorescent material contained in the light transmissive resin is (Y, Gd) ₃ (Al, Ga) ₅ O ₁₂ : Ce 3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein 90% by weight is contained.