JP3685018B2 - 発光素子とその製造方法 - Google Patents
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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
【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
Claims (5)
- 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、
前記基体と前記透光性樹脂との間に備えられた光散乱層は、前記半導体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、
前記ガラス層と前記樹脂層との間に、前記ガラス層を構成するガラス材料から前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発光素子。 - 前記基体は、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、前記凹部に透光性樹脂が充填されてなる請求項１に記載の発光素子。
- 前記樹脂は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂である請求項１または２に記載の発光素子。
- 前記無機材料は、酸化チタンである請求項１乃至３に記載の発光素子。
- 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、前記半導体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、
前記無機コーティング剤を前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、
前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、
前記無機コーティング層と前記樹脂層とを硬化させる工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
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