DE60209964T2 - Vergussmasse für einer Leuchtdiode - Google Patents

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Toyoda Gosei Co. Ltd. Yasuji Nishikasugai-gun Ozaki
Toyoda Gosei Co. Ltd. Kenichi Nishikasugai-gun Watanabe
Akira Nagoya-shi Mabuchi
Satoshi Niiza-shi Honda
Tsutomu Iruma-gun Yokota
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Sanken Electric Co Ltd
Toyoda Gosei Co Ltd
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Element nutzt, das Licht in einem relativ kurzen Wellenlängenbereich emittiert. Die erfindungsgemäße lichtemittierende Vorrichtung kann als Lichtquelle zur Beleuchtung oder als Lichtquelle für verschiedene Arten von Anzeigevorrichtungen verwendet werden.
  • Eine Vorrichtung, die gemäß der 5 konfiguriert ist, ist als lichtemittierende Vorrichtung bekannt, bei der ein lichtemittierendes Element eingesetzt wird. Die 5 zeigt typischerweise eine LED 100 des SMD-Typs (Oberflächenmontagevorrichtungtyps). Die LED 100 wird wie folgt hergestellt. Ein lichtemittierendes Element 110 wird in einem becherartigen Abschnitt 150 angeordnet, der aus einer Kombination eines Substrats 120 und eines Reflektors (Gehäuses) 130 ausgebildet ist. Der becherartige Abschnitt 150 wird mit einem Einkapselungselement 140 (lichtdurchlässiges Harz) gefüllt. Der Reflektor 130 ist aus einem Polymerharz hergestellt, das einen weißen Füllstoff wie z.B. Titanoxid enthält. Andererseits ist das Einkapselungselement 140 im Allgemeinen aus einem Epoxyharz hergestellt.
  • Unter den vorliegenden Umständen zeigt das in der LED des SMD-Typs verwendete lichtemittierende Element eine Emissionspeakwellenlänge in einem relativ langen Wellenlängenbereich, wie z.B. im roten Bereich. Das Epoxyharz, das als Einkapselungselement verwendet wird, ist gegen Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, relativ beständig. Demgemäß kann sich die Farbe in dem Epoxyharz bei einem Langzeitgebrauch mehr oder weniger ändern, jedoch ist der Grad der Farbänderung gering.
  • Ferner wurde ein kurzwelliges Licht-emittierendes Element, das eine Emissionspeakwellenlänge in einem Ultraviolettbereich zeigt, mit der Erwartung entwickelt, dass das Element auf eine LED des SMD-Typs angewandt wird. Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung versucht, eine LED des SMD-Typs durch die Verwendung eines kurzwelliges Lichtemittierenden Elements zu bilden. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die Verschlechterung (Farbänderung) des Einkapselungselements zu rasch abläuft, um einer praktischen Anwendung bezüglich der Dauerbeständigkeit zu widerstehen, wenn ein Epoxyharz als Einkapselungselement im Stand der Technik verwendet wird.
  • Um andererseits die Stabilität und die Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung sicherzustellen, ist es erforderlich, das Einkapselungselement in einem Zustand auszubilden, bei dem keine Lücke zwischen dem Einkapselungselement und einem Basiselement (einschließlich eines Reflektors), auf dem das lichtemittierende Element montiert wird, erzeugt wird. D.h., zwischen dem Einkapselungselement und dem Basiselement ist eine ausreichende Haftung (enger Kontakt) erforderlich.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 854 523 A beschreibt eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement umfasst, das auf einem Basiselement montiert ist, das aus einem thermoplastischen Harz hergestellt ist und mit einem aus Silikon hergestellten Einkapselungselement beschichtet ist.
  • Das europäische Patent mit der Veröffentlichungsnummer 1 249 874 beschreibt eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement umfasst, das auf einem Basiselement montiert ist, das aus einem Harz auf Polyamidbasis hergestellt ist und mit einem aus Silikon hergestellten Einkapselungselement beschichtet ist.
  • Die Erfinder haben das Material des Einkapselungselements und des Basiselements unter Berücksichtigung dieses Problems untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass Silikon als Material des Einkapselungselements eine sehr hohe Dauerbeständigkeit gegen Licht in einem kurzen Wellenlängenbereich aufweist. Auch im Hinblick auf die Haftung zwischen dem Einkapselungselement und dem Basiselement haben die Erfinder Untersuchungen durchgeführt. Gemäß den Untersuchungsergebnissen wurde gefunden, dass eine gute Haftung zwischen dem Einkapselungselement und dem Basiselement erhalten wird, wenn ein Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette als Basiselement verwendet wird, wenn Silikon als Einkapselungselement verwendet wird. Die Erfindung beruht auf diesen Erkentnissen und ist wie folgt konfiguriert.
  • Eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement, ein Basiselement, das so bereitgestellt ist, dass das lichtemittierende Halbleiterelement auf dem Basiselement montiert ist, und ein Einkapselungselement, das so bereitgestellt ist, dass das lichtemittierende Halbleiterelement mit dem Einkapselungselement beschichtet ist, umfasst, wobei mindestens ein Abschnitt des Basiselements aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt ist und das Einkapselungselement aus Silikon hergestellt ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Vorrichtung mit der Konfiguration von Anspruch 1 gelöst.
  • Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird eine ausreichende Haftung (enger Kontakt) zwischen dem Einkapselungselement und dem Basiselement erhalten, so dass das Einkapselungselement in einem Zustand gebildet werden kann, bei dem keine Lücke zwischen dem Einkapselungselement und dem Basiselement erzeugt wird. Demgemäß wird sowohl die Stabilität als auch die Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung verbessert. Da darüber hinaus Silikon, das eine hohe Dauerbeständigkeit gegen Licht in einem kurzen Wellenlängenbereich aufweist, als Material des Einkapselungselements verwendet wird, wird die Verschlechterung des Einkapselungselements unterdrückt, so dass die Dauerbeständigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung insbesondere dann unterdrückt wird, wenn ein kurzwelliges Lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet wird.
  • Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben sind.
  • In den beigefügten Zeichnungen ist
  • 1 eine Ansicht, die typischerweise die Konfiguration einer lichtemittierenden Diode als Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 eine Ansicht, die typischerweise die Konfiguration eines lichtemittierenden Elements zeigt, bei dem es sich um ein Bestandteilselement der lichtemittierenden Diode handelt;
  • 3 eine Ansicht, die typischerweise die Konfiguration einer lichtemittierenden Diode als eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 eine typische Ansicht, welche die Konfiguration einer lichtemittierenden Diode zeigt, bei der es sich um einer weitere Ausführungsform der Erfindung handelt; und
  • 5 eine Ansicht, die eine lichtemittierende Diode zeigt, die gemäß des Standes der Technik konfiguriert ist.
  • Die jeweiligen Bestandteilselemente der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Vorrichtung werden nachstehend beschrieben.
  • Lichtemittierendes Halbleiterelement
  • Ein lichtemittierendes Halbleiterelement, das eine Emissionspeakwellenlänge in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 500 nm zeigt, wird bevorzugt als lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet. Mehr bevorzugt kann als lichtemittierendes Halbleiterelement ein lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet werden, das eine Emissionspeakwellenlänge in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 400 nm aufweist. Noch mehr bevorzugt kann als lichtemittierendes Halbleiterelement ein lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet werden, das eine Emissionspeakwellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 370 bis 390 nm aufweist.
  • Ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer Mehrzahl von Emissionspeaks kann ebenso verwendet werden wie ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einem einzelnen Emissionspeak. Ferner kann dann, wenn ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer Mehrzahl von Emissionspeaks verwendet wird, das lichtemittierende Halbleiterelement einen Emissionspeak oder zwei oder mehr Emissionspeaks in einem Wellenlängenbereich von mehr als 500 nm aufweisen.
  • Wenn das lichtemittierende Halbleiterelement eine solche Wellenlängencharakteristik aufweist, ist die Konfiguration des lichtemittierenden Halbleiterelements nicht speziell beschränkt. Beispielsweise kann ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer aus einem Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiter hergestellten lichtemittierenden Schicht verwendet werden. Dabei werden Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiter im Allgemeinen als quaternäre Verbindungen angegeben, die durch die allgemeine Formel AlXGaYIn1-X-YN (0 ≤ X ≤ 1,0 ≤ Y ≤ 1,0 ≤ X + Y ≤ 1) dargestellt werden, die so genannte binäre Verbindungen wie z.B. AlN, GaN und InN, und so genannte ternäre Verbindungen, wie z.B. AlxGa1-xN, AlxIn1-xN und GaxIn1-xN (0 < x < 1), umfasst. Die Elemente der Gruppe III können teilweise durch Bor (B), Thallium (TI), usw., ersetzt werden. Der Stickstoff (N) kann teilweise durch Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi), usw., ersetzt werden. Die lichtemittierende Schicht kann jedweden optionalen Dotierstoff enthalten.
  • Basiselement
  • Das Basiselement ist ein Element, auf dem das lichtemittierende Halbleiterelement montiert wird. Mindestens ein Abschnitt des Basiselements ist aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt.
  • Das Konzept „Basiselement" in dieser Beschreibung umfasst ein Basiselement als einzelnes Element und ein Basiselement als eine Kombination einer Mehrzahl von Elementen. Ein Beispiel für das erstgenannte Basiselement als einzelnes Element kann ein Element sein, das aus einem spezifischen Material geformt ist, so dass ein Hohlraumabschnitt (becherartiger Abschnitt) auf einer Oberflächenseite gebildet wird. In diesem Fall kann ein Kamm in das Basiselement eingesetzt werden. Andererseits kann ein Beispiel für das letztgenannte Basiselement als eine Kombination einer Mehrzahl von Elementen eine Kombination aus einem Gehäuse und einem Substrat sein. Beispielsweise kann das Basiselement so ausgebildet werden, dass ein Gehäuse mit einer gewünschten Form auf einem Substrat gebunden wird, um einen Hohlraumabschnitt (becherartigen Abschnitt) zu bilden. Alternativ kann als Basiselement ein Basiselement verwendet werden, das nur aus einem im Wesentlichen flachen Substrat ausgebildet ist.
  • Dabei ist der „Hohlraumabschnitt (becherartige Abschnitt)", der in dem Basiselement ausgebildet ist, ein Abschnitt, der einen Bodenabschnitt und einen Seitenabschnitt aufweist und durch einen Raum ausgebildet ist, der wie eine Form gestaltet ist, in welcher der Bereich eines Schnitts in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse kontinuierlich oder schrittweise von dem Bodenabschnitt zu der Lichtentnahmerichtung der lichtemittierenden Vorrichtung zunimmt. Die Formen des Bodenabschnitts und des Seitenabschnitts sind nicht speziell beschränkt, wenn diese Bedingung erfüllt ist.
  • Mindestens ein Abschnitt des Basiselements ist aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt. Wenn ein solches Basiselement verwendet wird, wird die Haftung zwischen einem Einkapselungselement (das später beschrieben wird) und der Oberfläche des Basiselements so hoch gemacht, dass sowohl die Stabilität als auch die Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung verbessert wird.
  • Im Hinblick auf die Verbesserung der Haftung zwischen dem Einkapselungselement und der Oberfläche des Basiselements, um dadurch sowohl die Stabilität als auch die Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung zu verbessern, ist es bevorzugt, dass die gesamte Oberfläche des Basiselements, welche das Einkapselungselement berührt, aus diesem Material hergestellt ist. Wenn ein Basiselement mit einem becherartigen Abschnitt verwendet wird, ist es bevorzugt, dass die gesamte Oberfläche des Basiselements, die den becherartigen Ab schnitt bildet, aus diesem Material hergestellt ist, und zwar unter Berücksichtigung der Erleichterung der Herstellung des Basiselements und der Erleichterung der Einstellung der Bedingungen zur Bildung des Einkapselungselements. Als bevorzugter Modus kann das Basiselement als Ganzes aus diesem Material hergestellt sein. Ein solches Basiselement kann durch Formen unter Verwendung dieses Materials hergestellt werden.
  • Insbesondere kann das Basiselement als Ganzes aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt werden. Wenn das Basiselement aus einer Kombination aus einem Substrat und einem Gehäuse aufgebaut ist, kann sowohl das Substrat als auch das Gehäuse aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt werden. Es ist selbstverständlich, dass entweder das Substrat oder das Gehäuse aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt sein kann. Ferner kann das Basiselement unter Verwendung einer Mehrzahl von Harzen aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette mit unterschiedlicher Zusammensetzung ausgebildet werden.
  • Das Basiselement kann einen lichtreflektierenden Füllstoff enthalten. Auf diese Weise kann Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, durch die Oberfläche des Basiselements mit einer hohen Effizienz reflektiert werden, so dass die Leuchtdichte, die von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, verbessert wird.
  • Im Hinblick auf die Verbesserung der Haftung zwischen dem Basiselement und dem Einkapselungselement wird ein Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette verwendet, das bezüglich der Art nicht speziell beschränkt ist. Beispielsweise kann ein aromatisches Nylonharz der folgenden allgemeinen Formel verwendet werden: Chemische Formel 1
    Figure 00060001
  • Der lichtreflektierende Füllstoff ist bezüglich der Art nicht speziell beschränkt. Vorzugsweise wird ein Material mit einer hohen Lichtreflexion ausgewählt, um die Reflexion des Lichts durch die Oberfläche des Basiselements zu verstärken, um die Leuchtdichte des Lichts zu verbessern, das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird. Beispielsweise kann Titanoxid oder Kaliumtitanat verwendet werden.
  • Die Oberfläche des Basiselements, die mit Licht von dem lichtemittierenden Element bestrahlt wird, wird vorzugsweise so glatt wie möglich gemacht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine spiegelnde Reflexion einfacher stattfindet, wenn die Oberfläche glatter wird, d.h., da die Menge an Licht, das von der Oberfläche des Basiselements reflektiert und abgestrahlt wird, erhöht werden kann. Wenn der becherartige Abschnitt in dem Basiselement ausgebildet ist, kann der Winkel der Basiselementoberfläche, die den becherartigen Abschnitt bildet, unter Berücksichtigung der Lichtreflexionseffizienz in der Richtung der optischen Achse gestaltet werden. Der Winkel wird vorzugsweise so ausgewählt, dass er im Bereich von 20° bis 60°, mehr bevorzugt im Bereich von 20° bis 50°, bezogen auf die optische Achse des lichtemittierenden Elements, liegt.
  • Einkapselungselement
  • Das Einkapselungselement ist ein Element, das so ausgebildet wird, dass das lichtemittierende Element mit dem Element bedeckt wird. Das Einkapselungselement wird hauptsächlich zum Schützen des lichtemittierenden Elements vor der externen Umgebung bereitgestellt. Mindestens ein Abschnitt des Einkapselungselements ist aus Silikon hergestellt. D.h., das Einkapselungselement ist aus einem Material aufgebaut, das mindestens Silikonharz, Silikonkautschuk und/oder Silikonelastomer enthält. Vorzugsweise wird als ein Material des Einkapselungselements Silikonkautschuk verwendet. Besonders bevorzugt wird ein aus Silikonkautschuk hergestelltes Einkapselungselement verwendet. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass ein Silikonkautschuk verwendet wird, der eine hohe Durchlässigkeit für Licht aufweist, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird. Wenn ein solches Material verwendet wird, kann Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, effizient abgestrahlt werden.
  • Vorzugsweise kann das Einkapselungselement eine Epoxygruppe enthalten. In einem bevorzugten Modus ist das Einkapselungselement aus Silikonkautschuk hergestellt, der eine Epoxygruppe enthält. Auf diese Weise wird eine ausreichende Haftung zwischen dem Einkapselungselement und dem Basiselement erhalten, so dass sowohl die Stabilität als auch die Zuverlässigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung verbessert wird. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Effekt aus dem folgenden Grund stattfindet. D.h., da das Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette, das als Material für die Basiselementoberfläche verwendet wird, eine Amidgruppe im Molekül enthält, können ein Wasserstoffatom in der Amidgruppe in der Basiselementoberfläche und ein Sauerstoffatom in der Epoxygruppe in dem Einkapselungselement eine Wasserstoffbrückenbindung bilden. Darüber hinaus können das endständige Amin in dem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette und die Epoxygruppe in dem Einkapselungselement eine kovalente Bindung bilden. Die Epoxygruppe spielt auch eine Rolle als Härtungsmittel für das Einkapselungselement.
  • Die Epoxygruppe kann unabhängig von dem Silikonmolekül oder als Teil der Seitenkette des Silikonmoleküls vorliegen.
  • Jedwedes geeignete Silikonmaterial kann unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit für Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, der Härte in einem gehärteten Zustand, der Handhabungseigenschaften, usw., als Material des Einkapselungselements verwendet werden. Beispielsweise kann ein Silikonkautschuk, der durch Vernetzen eines Gemischs aus einem Hauptmittel und einem Härtungsmittel, die durch die folgenden allgemeinen Formeln dargestellt werden, erhalten wird, als Material des Einkapselungselements verwendet werden. Hauptmittel Chemische Formel 2
    Figure 00080001
    Härtungsmittel Chemische Formel 3
    Figure 00080002
  • Das Einkapselungselement kann so bereitgestellt werden, dass eine Mehrzahl von Schichten, die aus jeweils unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, durch Laminieren auf dem lichtemittierenden Element ausgebildet wird. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass eine Schicht, die aus einem Material hergestellt ist, das gegen Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, beständig ist, wie z.B. eine Schicht aus Silikonkautschuk, der eine Epoxygruppe enthält, in der Nähe des lichtemittierenden Elements bereitgestellt wird.
  • Das Einkapselungselement kann eine fluoreszierende Substanz enthalten. Wenn die fluoreszierende Substanz verwendet wird, kann ein Teil des Lichts, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, in Licht mit einer anderen Wellenlänge umgewandelt werden, d.h. die Farbe des von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierten Lichts kann verändert oder korrigiert werden. Es kann eine beliebige fluoreszierende Substanz verwendet werden, wenn sie durch das von dem lichtemittierenden Element emittierte Licht angeregt werden kann. Die fluoreszierende Substanz wird unter Berücksichtigung der Farbe des Lichts, das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, der Dauerbeständigkeit der lichtemittierenden Vorrichtung, usw., ausgewählt. Die fluoreszierende Substanz kann einheitlich in dem Einkapselungselement dispergiert sein oder sie kann in einem Teilbereich lokalisiert sein. Wenn z.B. die fluoreszierende Substanz in der Nähe des lichtemittierenden Elements lokalisiert ist, kann die fluoreszierende Substanz effizient mit Licht bestrahlt werden, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird.
  • In dem Einkapselungselement kann eine Kombination aus einer Mehrzahl von fluoreszierenden Substanzen enthalten sein. In diesem Fall können eine fluoreszierende Substanz, die Licht emittiert, wenn sie mit Licht von dem lichtemittierenden Element angeregt wird, und eine fluoreszierende Substanz, die Licht emittiert, wenn sie von dem Licht von der fluoreszierenden Substanz angeregt wird, in einer Kombination verwendet werden.
  • Wenn das Einkapselungselement ein lichtverteilendes Material enthält, kann die Lichtverteilung in dem Einkapselungselement gefördert werden, so dass eine Ungleichmäßigkeit der Emission vermindert werden kann. Insbesondere in der Konfiguration, bei der die fluoreszierende Substanz in der vorstehend beschriebenen Weise verwendet wird, ist es bevorzugt, dass das lichtverteilende Material verwendet wird, um eine Farbmischung von Licht von dem lichtemittierenden Element und von Licht von der fluoreszierenden Substanz zu fördern, um dadurch die Ungleichmäßigkeit der Emissionsfarbe zu vermindern.
  • Die Konfiguration der Erfindung wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf eine lichtemittierende Diode des SMD-Typs beschrieben, bei der es sich um eine Ausführungsform der Erfindung handelt.
  • Die 1 ist eine Ansicht, die typischerweise einen Schnitt einer lichtemittierenden Diode 1 zeigt. Die lichtemittierende Diode 1 umfasst typischerweise ein lichtemittierendes Element 10, ein Substrat 20, einen Reflektor 30 und ein Einkapselungselement 40. Die Kombination aus dem Substrat 20 und dem Reflektor 30 ist dem vorstehend beschriebenen Gehäuse äquivalent. Ferner umfasst die lichtemittierende Diode 1 weiter eine Zenerdiode, die nicht gezeigt, jedoch bereitgestellt ist, um einer elektrostatischen Spannung zu widerstehen.
  • Das lichtemittierende Element 10 ist ein lichtemittierendes Element aus einem Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiter. Die 2 zeigt typischerweise die Konfiguration des lichtemittierenden Elements 10. Wie es in der 2 gezeigt ist, umfasst das lichtemittierende Element 10 ein Saphirsubstrat und eine Mehrzahl von Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiterschichten, die auf das Saphirsubstrat laminiert sind. Das lichtemittierende Element 10 weist eine Emissionspeakwellenlänge von etwa 380 nm auf. Die Spezifikationen der jeweiligen Schichten in dem lichtemittierenden Element 10 sind wie folgt.
  • Figure 00100001
  • Eine n-Typ-Halbleiterschicht 13, die aus GaN, das mit Si als n-Typ-Fremdatom dotiert ist, hergestellt ist, wird auf dem Substrat 11 mittels der Pufferschicht 12 ausgebildet. Obwohl diese Ausführungsform den Fall zeigt, bei dem ein Saphirsubstrat als Substrat 11 verwendet wird, ist das Material des Substrats 11 nicht auf Saphir beschränkt. Beispiele für das Material des Substrats 11, die verwendet werden können, umfassen Saphir, Spinell, Silizium, Siliziumcarbid, Zinkoxid, Galliumphosphat, Galliumarsenid, Magnesiumoxid, Manganoxid und Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleitereinkristalle. Obwohl diese Ausführungsform auch den Fall zeigt, bei dem die Pufferschicht 12 aus AlN mit einem MOCVD-Verfahren hergestellt ist, ist das Material der Pufferschicht 12 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann als Material der Pufferschicht 12 GaN, InN, AlGaN, InGaN oder AlInGaN verwendet werden. Als Verfahren zur Herstellung der Pufferschicht 12 kann ein Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren), ein Halogeniddampfphasenepitaxieverfahren (HVPE-Verfahren), ein Sputterverfahren, ein Ionenplattierungsverfahren, ein Elektronenstrahlverfahren, usw., verwendet werden. Wenn der Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiter als Substrat 11 verwendet wird, kann die Pufferschicht 12 weggelassen werden.
  • Ferner können das Substrat und die Pufferschicht je nach Erfordernis nach der Bildung des Halbleiterelements entfernt werden.
  • Obwohl diese Ausführungsform den Fall zeigt, bei dem die n-Typ-Halbleiterschicht 13 aus GaN hergestellt ist, kann die Erfindung auch auf den Fall angewandt werden, bei dem Al-GaN, InGaN oder AlInGaN als Material der n-Typ-Halbleiterschicht 13 verwendet wird.
  • Obwohl diese Ausführungsform den Fall zeigt, bei dem die n-Typ-Halbleiterschicht 13 mit Si als n-Typ-Fremdatom dotiert ist, kann die Erfindung auch auf den Fall angewandt werden, bei dem Ge, Se, Te oder C als n-Typ-Fremdatom eingesetzt wird.
  • Die n-Typ-Halbleiterschicht 13 kann eine Doppelschichtstruktur mit einer n–-Schicht mit niedriger Elektronendichte auf der Seite der die lichtemittierende Schicht enthaltenden Schicht 14 und einer n+-Schicht mit einer hohen Elektronendichte auf der Seite der Pufferschicht 12 aufweisen.
  • Die Schicht 14, die eine lichtemittierende Schicht enthält, kann eine Quantenmuldenstruktur enthalten (Mehrfachquantenmuldenstruktur oder Einfachquantenmuldenstruktur). Die Struktur des lichtemittierenden Elements kann ein Einzelheterotyp, ein Doppelheterotyp oder ein Homoübergangstyp sein.
  • Die Schicht 14 kann eine Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiterschicht enthalten, die auf der Seite der p-Typ-Halbleiterschicht 15 bereitgestellt ist und mit einem Akzeptor wie z.B. Magnesium dotiert ist und eine breite Bandlücke aufweist. Diese Anordnung wird bereitgestellt, um eine Diffusion von Elektronen, die in die Schicht 14, welche die lichtemittierende Schicht enthält, injiziert worden sind, in die p-Typ-Schicht 15 effektiv zu verhindern.
  • Die p-Typ-Halbleiterschicht 15, die aus GaN, das mit Mg als p-Typ-Fremdatom dotiert ist, hergestellt ist, ist auf der Schicht 14, welche die lichtemittierende Schicht enthält, ausgebildet. Alternativ kann die p-Typ-Halbleiterschicht 15 aus AlGaN, InGaN oder InAlGaN hergestellt sein. Zn, Be, Ca, Sr oder Ba kann stattdessen als p-Typ-Fremdatom verwendet werden.
  • Ferner kann die p-Typ-Halbleiterschicht 15 aus einer Doppelschichtstruktur mit einer p–-Schicht mit einer niedrigen Löcherdichte auf der Seite der Schicht 14, welche die lichtemittierende Schicht enthält, und einer p+-Schicht mit einer hohen Löcherdichte auf der Seite der Elektrode ausgebildet sein.
  • In der lichtemittierenden Diode, welche die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweist, kann jede der Gruppe III-Nitrid-Mischhalbleiterschichten mit einem MOCVD-Verfahren unter allgemeinen Bedingungen ausgebildet werden oder sie kann mit einem Verfahren wie z.B. einem Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren), einem Halogeniddampfphasenepitaxieverfahren (HVPE-Verfahren), einem Sputterverfahren, einem Ionenplattierungsverfahren oder einem Elektronenstrahlverfahren ausgebildet werden.
  • Die n-Elektrode 18 ist aus zwei Schichten aus Al und V zusammengesetzt. Nach der Bildung des p-Typ-Halbleiters 15 werden die p-Typ-Halbleiterschicht 15, die Schicht 14 und dann die n-Typ-Halbleiterschicht 13 partiell durch Ätzen entfernt. In diesem Zustand wird die n-Elektrode 18 mittels Dampfabscheidung auf der n-Typ-Halbleiterschicht 13 ausgebildet.
  • Die lichtdurchlässige Elektrode 16 ist ein dünner Film, der Gold enthält, und wird auf die p-Typ-Halbleiterschicht 15 laminiert. Die p-Elektrode 17 ist ebenfalls aus einem Material hergestellt, das Gold enthält, und wird auf der lichtdurchlässigen Elektrode 16 mittels Dampfabscheidung ausgebildet.
  • Nachdem die jeweiligen Halbleiterschichten und die jeweiligen Elektroden durch diese Schritte ausgebildet worden sind, wird ein Schritt zum Trennen des Substrats in Chips durchgeführt.
  • Das Substrat 20 ist ein elektrisch isolierendes Substrat mit einer Oberfläche, auf der eine gewünschte Verdrahtungsstruktur gedruckt ist. Das lichtemittierende Element 10 ist in einer gewünschten Position auf dem Substrat 20 montiert.
  • Der Reflektor 30 ist auf dem Substrat 20 so angeordnet, dass ein becherartiger Abschnitt 50 durch eine Kombination aus dem Reflektor 30 und eines Teils der Oberfläche des Substrats 20 ausgebildet wird. Der Reflektor 30 ist aus einem aromatischen Nylonharz ausgebildet, das Kaliumtitanat enthält, das darin einheitlich dispergiert ist, und er ist so geformt, dass eine Oberfläche, die den becherartigen Abschnitt 50 bildet, in einem gewünschten Winkel zur optischen Achse geneigt ist. In dieser Ausführungsform wird der Neigungswinkel der Oberfläche so ausgewählt, dass er etwa 30° zur optischen Achse des lichtemittierenden Elements 10 beträgt.
  • Das Einkapselungselement 40 ist aus Silikonkautschuk hergestellt, der eine Epoxygruppe als Seitenkette enthält. Die LED 1, die in der vorstehend beschriebenen Weise konfiguriert ist, wird wie folgt hergestellt.
  • Als erstes wird der Reflektor 30 auf dem Substrat 20 angeordnet. Dann wird das lichtemittierende Element 10 montiert und die Elektroden des lichtemittierenden Elements 10 werden mit der Verdrahtungsstruktur auf dem Substrat 20 mit Anschlussdrähten verbunden. Dann wird die Oberfläche des lichtemittierenden Elements 10 mit einer nicht gezeigten Keramik beschichtet. Dann werden das folgende Hauptmittel und das folgende Härtungsmittel miteinander gemischt, um einen flüssigen Silikonkautschuk herzustellen. Der becherartige Abschnitt 50 wird mit dem flüssigen Silikonkautschuk vergossen. Hauptmittel Chemische Formel 4
    Figure 00120001
    Härtungsmittel Chemische Formel 5
    Figure 00130001
  • In diesem Zustand wird der Silikonkautschuk zum Wärmehärten auf etwa 150°C erhitzt. Als Ergebnis wird der Silikonkautschuk in einem Zustand gehärtet, bei dem der Silikonkautschuk an die Oberfläche des Reflektors 30 angepasst und gehärtet wird. Dann wird die Bestrahlung mit Wärme in Luft durchgeführt.
  • Die 3 ist eine Ansicht, die typischerweise die Konfiguration einer lichtemittierenden Diode 2 als eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der 3 sind die Elemente, die mit denjenigen der lichtemittierenden Diode 1 identisch sind, entsprechend bezeichnet. In der lichtemittierenden Diode 2 wird anstelle des Substrats ein Anschlusskamm 80 verwendet. Das lichtemittierende Element 10 ist auf dem Anschlusskamm 80 montiert. Die Konfiguration ist mit Ausnahme dieses Punkts mit derjenigen der lichtemittierenden Diode 1 identisch.
  • Die 4 ist eine Ansicht, die typischerweise die Konfiguration einer lichtemittierenden Diode 3 als eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der 4 sind die Elemente, die mit denjenigen der lichtemittierenden Diode 1 identisch sind, entsprechend bezeichnet. Ein Substrat 70, das aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt ist, wird in der lichtemittierenden Diode 3 verwendet. Die gewünschte Verdrahtung 71 wird auf das Substrat 70 aufgebracht. Ferner wird bei der lichtemittierenden Diode 3 keinerlei Gehäuse (Reflektor) verwendet. Wie es in der 4 gezeigt ist, ist ein Einkapselungselement 60, das im Schnitt im Wesentlichen wie ein Rechteck geformt ist, ausgebildet, so dass das lichtemittierende Element 10 mit dem Einkapselungselement 60 bedeckt ist. Das Einkapselungselement 60 kann mit einem Verfahren ausgebildet werden, das die Schritte umfasst: Montieren des lichtemittierenden Elements 10 auf dem Substrat 70 und Durchführen eines Formens unter Verwendung eines gewünschten Formwerkzeugs. Alternativ kann ein Einkapselungselement 60 hergestellt werden, das im Vorhinein zu einer gewünschten Form geformt worden ist, so dass das Einkapselungselement 60 an das Substrat 70 gebunden wird, so dass das lichtemittierende Element 10 mit dem Einkapselungselement 60 bedeckt ist.
  • Obwohl lichtemittierende Dioden des SMD-Typs als Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, kann die Erfindung auch auf so genannte lichtemittierende Dioden des runden Typs angewandt werden, wobei in jedem davon ein lichtemittierendes Element auf einem Anschlusskamm mit einem becherartigen Abschnitt montiert ist und wobei das lichtemittierende Element und der Anschlusskamm teilweise mit einem Einkapselungselement bedeckt sind. Darüber hinaus kann die Erfindung auf lichtemittierende Dioden des Flip-Chip-Typs angewandt werden, wobei in jedem davon ein lichtemittierendes Element auf einem Substrat oder einem Anschlusskamm in der Form eines so genannten Flip-Chip montiert ist.

Claims (10)

  1. Lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Halbleiterelement (10), ein Basiselement (20, 30, 70), das mindestens einen Abschnitt (30, 70) aufweist und so bereitgestellt ist, dass das lichtemittierende Halbleiterelement auf dem Basiselement montiert ist, und ein Einkapselungselement (40, 60), das aus Silikon hergestellt und so bereitgestellt ist, dass das lichtemittierende Halbleiterelement mit dem Einkapselungselement beschichtet ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abschnitt (30, 70) des Basiselements aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt ist.
  2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Basiselement einen Reflektor (30) und ein Substrat (20), das derart an den Reflektor gebunden ist, dass ein Hohlraumabschnitt (50) gebildet ist, umfasst, wobei der Reflektor (30) der mindestens eine Abschnitt des Basiselements ist, der aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt ist, und das Substrat (20) aus einem anderen Material hergestellt ist.
  3. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Basiselement (30) aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette, hergestellt ist und einen Anschlusskamm (80) als Einsatz enthält.
  4. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Basiselement (70) aus einem Substrat (70), das aus einem Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette hergestellt ist, und einer Verdrahtung (71), die auf das Substrat (70) aufgebracht ist, besteht.
  5. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das lichtemittierende Halbleiterelement (10) einen Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 500 nm aufweist.
  6. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette die Formel
    Figure 00160001
    hat.
  7. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Silikon eine Epoxygruppe enthält.
  8. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Silikon die Epoxygruppe als eine Seitenkette enthält.
  9. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das lichtemittierende Halbleiterelement einen Emissionspeak in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 400 nm aufweist.
  10. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Harz aus Polyamid mit einem aromatischen Ring als Hauptkette einen lichtreflektierenden Füllstoff enthält.
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Legal Events

Date Code Title Description
8381 Inventor (new situation)

Inventor name: YASUKAWA, TAKEMASA, TOYODA GOSEI CO. LTD., NISHIKA

Inventor name: YOKOTA, TSUTOMU, IRUMA-GUN, SAITAMA, JP

Inventor name: HONDA, SATOSHI, NIIZA-SHI, SAITAMA, JP

Inventor name: MABUCHI, AKIRA, NAGOYA-SHI, AICHI 453-0860, JP

Inventor name: WATANABE, KENICHI, TOYODA GOSEI CO. LTD., NISHIKAS

Inventor name: OZAKI, YASUJI, TOYODA GOSEI CO. LTD., NISHIKASUGAI

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