JP2012104546A - Led element - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED element capable of highly efficiently emitting light radiated from an LED chip outside.SOLUTION: An LED element of the present invention includes: a substrate (10); an LED chip (15) arranged on the surface of the substrate (10); a resin layer (20) formed on the surface of the substrate (10) to cover at least a peripheral region of the LED chip (15); and a lens layer (25) stacked on the resin layer (20) and made of a transparent resin formed in a roughly hemispherical shape to cover the LED chip (15).

Description

Translated fromJapanese

本発明は、基板上にＬＥＤチップが配置されてなるＬＥＤ素子に関するものである。  The present invention relates to an LED element in which an LED chip is disposed on a substrate.

ＬＥＤ素子は、白熱電球や蛍光管などの他の光源に比較して、消費電力が小さく、しかも、使用寿命が長いことから、種々の分野において利用され始めている。
そして、ＬＥＤ素子としては、配線部を有する基板の表面上に配置されたＬＥＤチップが透明性樹脂よりなる略半球状のレンズ層によって封止されてなる構造のものが知られている（特許文献１参照。）。
このようなＬＥＤ素子におけるレンズ層は、ＬＥＤチップを含む基板の表面に、液状の熱硬化性樹脂によるポッティング加工を施すことによって形成されている（特許文献２参照）。具体的には、基板の表面に、液状の熱硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップを覆う略半球状の液滴よりなるレンズ用材料層を形成した後、加熱処理によってレンズ用材料層を硬化させることにより、基板の表面にレンズ層が形成される。LED elements are starting to be used in various fields because they consume less power and have a longer service life than other light sources such as incandescent bulbs and fluorescent tubes.
And as an LED element, the thing of the structure where the LED chip arrange | positioned on the surface of the board | substrate which has a wiring part is sealed with the substantially hemispherical lens layer which consists of transparent resin is known (patent document) 1).
The lens layer in such an LED element is formed by performing a potting process with a liquid thermosetting resin on the surface of the substrate including the LED chip (see Patent Document 2). Specifically, a lens material layer made of substantially hemispherical droplets covering the LED chip is formed by dropping a liquid thermosetting resin on the surface of the substrate, and then the lens material layer is subjected to heat treatment. Is cured to form a lens layer on the surface of the substrate.

しかしながら、従来のＬＥＤ素子においては、以下のような問題がある。
図４は、ＬＥＤチップがレンズ層によって封止されてなる従来のＬＥＤ素子の構成を示す説明図である。
このＬＥＤ素子においては、図４の破線で示すように、基板９０の表面に形成されたレンズ層９５は、半球に近い形状、具体的には、基板９０の面方向におけるレンズ層９５の径ｘ１と、レンズ層９５におけるＬＥＤチップ９１の表面からの高さｙ１との比（ｘ１／ｙ１）の値が２に近いものであれば、ＬＥＤチップ９１から放射された光のうち、当該レンズ層９５の表面において反射する光の割合が小さいため、ＬＥＤチップ９１から放射された光を高い効率で外部に出射することが可能となる。However, the conventional LED element has the following problems.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional LED element in which an LED chip is sealed with a lens layer.
In this LED element, as shown by a broken line in FIG. 4, thelens layer 95 formed on the surface of thesubstrate 90 has a shape close to a hemisphere, specifically, the diameter x1 of thelens layer 95 in the surface direction of thesubstrate 90. If the value of the ratio (x1 / y1) of thelens layer 95 to the height y1 from the surface of theLED chip 91 is close to 2, out of the light emitted from theLED chip 91, thelens layer 95 Since the ratio of the light reflected on the surface of the LED is small, the light emitted from theLED chip 91 can be emitted to the outside with high efficiency.

然るに、実際のＬＥＤ素子におけるレンズ層９５は、図４の実線で示すように、基板９０の面方向におけるレンズ層９５の径ｘ２と、レンズ層９５におけるＬＥＤチップ９１の表面からの高さｙ２との比（ｘ２／ｙ２）の値が２よりはるかに大きく、扁平な形状のものである。これは以下の理由によるものと考えられる。
ＬＥＤ素子においては、ＬＥＤチップ９１が発する熱を外部に放熱することが必要となることから、基板９０を構成する板状基体として、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属よりなるものが用いられている。そのため、レンズ層９５を形成するためのポッティング加工においては、基板９０の表面に形成されたレンズ用材料層に対して加熱処理を行ったときに、熱伝導性の高い基板９０が加熱されてその温度が急速に上昇する。そして、基板９０の熱がレンズ用材料層に伝達されることにより、当該レンズ用材料層の温度も急速に上昇するため、レンズ用材料層を構成する熱硬化性樹脂の硬化が進行する前に、当該熱硬化性樹脂の粘度が著しく低下する結果、レンズ用材料層はその形状が保持されずに扁平な形状に変化する。そして、この状態でレンズ用材料層が硬化することにより、得られるレンズ層は扁平な形状のものとなる。
以上のように、従来のＬＥＤ素子においては、レンズ層９５が扁平なものであるため、レンズ層９５の表面において反射する光の割合が大きく、従って、ＬＥＤチップ９１から放射された光を高い効率で外部に出射することが困難であった。However, thelens layer 95 in the actual LED element has a diameter x2 of thelens layer 95 in the surface direction of thesubstrate 90 and a height y2 of thelens layer 95 from the surface of theLED chip 91, as shown by a solid line in FIG. The ratio (x2 / y2) is much larger than 2 and has a flat shape. This is thought to be due to the following reasons.
In the LED element, since it is necessary to dissipate the heat generated by theLED chip 91 to the outside, a plate-like substrate constituting thesubstrate 90 is made of a metal having high thermal conductivity such as aluminum. Yes. Therefore, in the potting process for forming thelens layer 95, when the heat treatment is performed on the lens material layer formed on the surface of thesubstrate 90, thesubstrate 90 having high thermal conductivity is heated and the heat treatment is performed. The temperature rises rapidly. Since the heat of thesubstrate 90 is transferred to the lens material layer, the temperature of the lens material layer also rapidly increases. Therefore, before curing of the thermosetting resin constituting the lens material layer proceeds. As a result of the remarkable decrease in the viscosity of the thermosetting resin, the lens material layer is changed to a flat shape without maintaining its shape. In this state, the lens material layer is cured, so that the obtained lens layer has a flat shape.
As described above, in the conventional LED element, since thelens layer 95 is flat, the ratio of the light reflected on the surface of thelens layer 95 is large. Therefore, the light emitted from theLED chip 91 is highly efficient. Therefore, it was difficult to emit the light to the outside.

２０１０−６２３０５号公報No. 2010-62305２００１−３６１４７号公報2001-36147

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、ＬＥＤチップから放射される光を高い効率で外部に出射することができるＬＥＤ素子を提供することにある。  This invention is made | formed based on the above situations, The objective is to provide the LED element which can radiate | emit the light radiated | emitted from LED chip outside with high efficiency.

本発明のＬＥＤ素子は、基板と、
この基板の表面上に配置されたＬＥＤチップと、
前記基板の表面上に、少なくとも前記ＬＥＤチップの周辺領域を覆うよう形成された樹脂層と、
この樹脂層上に積層され、前記ＬＥＤチップを覆うよう略半球状に形成された透明性樹脂よりなるレンズ層と
を具えてなることを特徴とする。The LED element of the present invention comprises a substrate,
An LED chip disposed on the surface of the substrate;
A resin layer formed on the surface of the substrate so as to cover at least a peripheral region of the LED chip;
It is characterized by comprising a lens layer made of a transparent resin laminated on the resin layer and formed in a substantially hemispherical shape so as to cover the LED chip.

本発明のＬＥＤ素子においては、前記レンズ層は、前記ＬＥＤチップの発光層を中心とする略半球状に形成されていることが好ましい。
また、前記樹脂層は前記基板の表面にポッティング加工を施すことによって形成されており、前記レンズ層は、前記樹脂層上にポッティング加工を施すことによって形成されていることが好ましい。
また、前記樹脂層は、前記レンズ層と同一の材料によって形成されていることが好ましい。In the LED element of the present invention, the lens layer is preferably formed in a substantially hemispherical shape centering on the light emitting layer of the LED chip.
The resin layer is preferably formed by potting the surface of the substrate, and the lens layer is preferably formed by potting the resin layer.
The resin layer is preferably made of the same material as the lens layer.

本発明のＬＥＤ素子においては、基板の表面上には、ＬＥＤチップの周辺領域を覆う樹脂層が形成されており、この樹脂層上にレンズ層が積層されているため、ポッティング加工によってレンズ層を形成する際には、樹脂層によって基板からの熱がレンズ用材料層に伝達されることが抑制されることにより、レンズ用材料層の粘度が著しく低下することがなく、当該レンズ用材料層の形状が保持される結果、得られるレンズ層は半球状に近い形状のものとなる。
従って、本発明のＬＥＤ素子によれば、レンズ層の表面において反射する光の割合が小さいため、ＬＥＤチップから放射される光を高い効率で外部に出射することができる。In the LED element of the present invention, a resin layer covering the peripheral area of the LED chip is formed on the surface of the substrate, and the lens layer is laminated on the resin layer. When forming, the resin layer prevents the heat from the substrate from being transmitted to the lens material layer, so that the viscosity of the lens material layer is not significantly reduced. As a result of maintaining the shape, the obtained lens layer has a shape close to a hemisphere.
Therefore, according to the LED element of the present invention, since the ratio of light reflected on the surface of the lens layer is small, the light emitted from the LED chip can be emitted to the outside with high efficiency.

本発明のＬＥＤ素子の一例における構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure in an example of the LED element of this invention.図１に示すＬＥＤ素子における要部を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the principal part in the LED element shown in FIG.比較例に係るＬＥＤ素子の要部の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the principal part of the LED element which concerns on a comparative example.ＬＥＤチップがレンズ層によって封止されてなる従来のＬＥＤ素子の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the conventional LED element with which an LED chip is sealed by the lens layer.

以下、本発明のＬＥＤ素子の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のＬＥＤ素子の一例における構成を示す説明図であり、図２は、図１に示すＬＥＤ素子における要部を拡大して示す説明図である。
このＬＥＤ素子は、表面に配線部１１が形成された基板１０を有し、この基板１０の表面上における中央位置には、ＬＥＤチップ１５が接着材１２によって固定されて配置されている。このＬＥＤチップ１５はボンディングワイヤ１３によって基板１０の配線部１１に電気的に接続されている。
また、基板１０の表面上には、平面の外形が略円形の扁平な樹脂層２０が、ＬＥＤチップ１５の周辺領域を覆うよう形成され、この樹脂層２０上には、透明性樹脂よりなるレンズ層２５がＬＥＤチップ１５の表面を覆うよう積層されている。
また、基板１０の表面には、当該基板１０の表面から離間するに従って拡径するテーパ状の光反射面３１が内周面に形成された筒状の光反射部材３０が、当該光反射面３１がＬＥＤチップ１５を包囲するよう配置され、この光反射部材３０の筒孔内には、当該光反射部材３０の光反射面３１に適合するテーパ状の周面を有するレンズ部材３５が、その光入射面がレンズ層２５に空気層Ｓを介して対向するよう配置されている。Hereinafter, embodiments of the LED element of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of an example of the LED element of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing an enlarged main part of the LED element shown in FIG.
This LED element has asubstrate 10 having awiring portion 11 formed on the surface thereof, and anLED chip 15 is fixedly disposed by anadhesive 12 at a central position on the surface of thesubstrate 10. TheLED chip 15 is electrically connected to thewiring part 11 of thesubstrate 10 by abonding wire 13.
Aflat resin layer 20 having a substantially circular outer shape is formed on the surface of thesubstrate 10 so as to cover a peripheral region of theLED chip 15. A lens made of a transparent resin is formed on theresin layer 20. Thelayer 25 is laminated so as to cover the surface of theLED chip 15.
Further, on the surface of thesubstrate 10, a cylindricallight reflecting member 30 in which a taperedlight reflecting surface 31 whose diameter increases as the distance from the surface of thesubstrate 10 increases is formed on the inner peripheral surface. Is disposed so as to surround theLED chip 15, and alens member 35 having a tapered peripheral surface that fits thelight reflecting surface 31 of thelight reflecting member 30 is provided in the cylindrical hole of thelight reflecting member 30. The incident surface is arranged to face thelens layer 25 with the air layer S interposed therebetween.

基板１０は、金属よりなる板状基体上にレジストなどの樹脂よりなる絶縁層が積層されて構成され、この絶縁層上に配線部１１が形成されており、この配線部１１は、ＬＥＤチップ１５に電気を供給する電源（図示省略）に電気的に接続されている。
板状基体を構成する金属としては、銅、アルミニウムなどの熱電導率が高い金属を好適に用いることができる。また、基板１０の厚みは、例えば０．３〜５．０ｍｍである。
また、基板１０と光反射部材３０との間には、絶縁層（図示省略）が形成されている。このような絶縁層は、基板１０の表面に対してアルマイト処理を施したり、絶縁材料を塗装したりすることによって形成することができる。
接着材１２は、例えば銀ペースト、シリコーンペーストなどによって形成することができる。
ボンディングワイヤ１３は、例えば金によって構成され、その線径は例えば２５μｍである。Thesubstrate 10 is configured by laminating an insulating layer made of a resin such as a resist on a plate-like base made of metal, and awiring portion 11 is formed on the insulating layer. It is electrically connected to a power source (not shown) for supplying electricity to the battery.
As a metal which comprises a plate-shaped base | substrate, metals with high heat conductivity, such as copper and aluminum, can be used conveniently. Moreover, the thickness of the board |substrate 10 is 0.3-5.0 mm, for example.
An insulating layer (not shown) is formed between thesubstrate 10 and thelight reflecting member 30. Such an insulating layer can be formed by subjecting the surface of thesubstrate 10 to an alumite treatment or coating an insulating material.
Theadhesive material 12 can be formed of, for example, silver paste, silicone paste, or the like.
Thebonding wire 13 is made of, for example, gold and has a wire diameter of, for example, 25 μm.

ＬＥＤチップ１５としては、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）を含む窒化ガリウム（ＧａＮ）系の発光層１６を有するものを用いることができる。
また、ＬＥＤチップ１５の発光波長は、特に限定されず、青色波長域、緑色波長域、赤色波長域などの可視光域の発光波長を有するもの、紫外線域に発光波長を有するもの、赤外線域に発光波長を有するもののいずれであってもよい。
ＬＥＤチップ１５の具体的な寸法を挙げると、表面の寸法が例えば３２５μｍ×３２５μｍ、厚みが１２０〜２７０μｍ、ＬＥＤチップ１５の裏面から発光層１６の表面までの厚みが１００〜２５０μｍである。As theLED chip 15, one having a gallium nitride (GaN) -basedlight emitting layer 16 containing indium (In) and aluminum (Al) can be used.
The light emission wavelength of theLED chip 15 is not particularly limited, and those having a light emission wavelength in the visible light region such as a blue wavelength region, a green wavelength region, and a red wavelength region, those having a light emission wavelength in the ultraviolet region, and those in the infrared region. Any of those having an emission wavelength may be used.
Specific dimensions of theLED chip 15 include a surface dimension of 325 μm × 325 μm, a thickness of 120 to 270 μm, and a thickness from the back surface of theLED chip 15 to the surface of thelight emitting layer 16 of 100 to 250 μm.

樹脂層２０は、基板１０の表面に液状の熱硬化性樹脂を用いたポッティング（樹脂盛り）加工を施すことによって形成されている。具体的には、基板１０の表面上に、液状の熱硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップ１５の周辺領域を覆う液状樹脂層を形成した後、加熱処理によって液状樹脂層を硬化させることにより、樹脂層２０がＬＥＤチップ１５の周辺領域を覆うよう形成される。  Theresin layer 20 is formed by performing potting (resin filling) processing using a liquid thermosetting resin on the surface of thesubstrate 10. Specifically, after a liquid thermosetting resin is dropped on the surface of thesubstrate 10 to form a liquid resin layer that covers the peripheral region of theLED chip 15, the liquid resin layer is cured by heat treatment. Thus, theresin layer 20 is formed so as to cover the peripheral region of theLED chip 15.

この樹脂層２０は、基板１０の表面におけるＬＥＤチップ１５の周辺領域のみを覆うよう形成されていてもよいが、樹脂層２０を透明性樹脂によって構成する場合には、基板１０の表面におけるＬＥＤチップ１５の周辺領域およびＬＥＤチップ１５の表面の両方を覆うよう形成されていてもよい。
樹脂層２０を形成するための熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。
また、樹脂層２０は、透明なものであっても不透明なものであってもよいが、透明なものであることが好ましく、特に、後述するレンズ層２５と同一の材料によって形成されていることが好ましく、これにより、樹脂層２０とレンズ層２５との間での屈折率の差を無くすことができるため、樹脂層２０からレンズ層２５へ光が進行していくときに、両者の境界面における光の反射をなくすことができる。
また、樹脂層２０の熱伝導率は、例えば０．２〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋである。Theresin layer 20 may be formed so as to cover only the peripheral area of theLED chip 15 on the surface of thesubstrate 10, but when theresin layer 20 is made of a transparent resin, the LED chip on the surface of thesubstrate 10. It may be formed so as to cover both the peripheral region of 15 and the surface of theLED chip 15.
As the thermosetting resin for forming theresin layer 20, a silicone resin, an epoxy resin, or the like can be used.
Further, theresin layer 20 may be transparent or opaque, but is preferably transparent, and in particular, formed of the same material as thelens layer 25 described later. It is preferable that the difference in refractive index between theresin layer 20 and thelens layer 25 can be eliminated. Therefore, when light travels from theresin layer 20 to thelens layer 25, the boundary surface between the two It is possible to eliminate the reflection of light.
Moreover, the heat conductivity of theresin layer 20 is 0.2-0.3 W / m * K, for example.

樹脂層２０におけるレンズ層２５に接する部分の厚みｔは、０．０５〜０．６ｍｍであることが好ましい。この厚みｔが過小である場合には、レンズ層２５が、図４において実線に示すレンズ層９５とほぼ同等な形状となり、ＬＥＤチップ１５から放出された光を効率よく外部に出射することが困難となる。一方、この厚みｔが過大である場合には、反射する光の量が増加し、外部に出射される光の量が低下する。また、厚みｔが大きすぎると、樹脂層２０は光透過率が低いものとなって当該樹脂層２０を透過する光の量が低下するため、光の利用効率が低くなる。
また、樹脂層２０の径ｄは、後述するレンズ層２５の径Ｄより大きければよいが、レンズ層２５の径Ｄの２〜４倍であることが好ましい。樹脂層２０の径ｄの具体的な値を挙げると、例えば２〜５ｍｍである。なお、樹脂層２０の形状は、この実施の形態のものに限られず、例えば基板１０の表面全面に形成されていてもよい。The thickness t of theresin layer 20 in contact with thelens layer 25 is preferably 0.05 to 0.6 mm. When the thickness t is excessively small, thelens layer 25 has a shape substantially equivalent to thelens layer 95 shown by a solid line in FIG. 4, and it is difficult to efficiently emit the light emitted from theLED chip 15 to the outside. It becomes. On the other hand, when the thickness t is excessive, the amount of reflected light increases and the amount of light emitted to the outside decreases. On the other hand, if the thickness t is too large, theresin layer 20 has a low light transmittance, and the amount of light transmitted through theresin layer 20 is reduced, so that the light use efficiency is lowered.
Further, the diameter d of theresin layer 20 may be larger than the diameter D of thelens layer 25 described later, but is preferably 2 to 4 times the diameter D of thelens layer 25. A specific value of the diameter d of theresin layer 20 is, for example, 2 to 5 mm. The shape of theresin layer 20 is not limited to that of this embodiment, and may be formed on the entire surface of thesubstrate 10, for example.

レンズ層２５は、樹脂層２０の表面に液状の熱硬化性樹脂を用いたポッティング（樹脂盛り）加工を施すことによって形成されている。具体的には、樹脂層２０の表面に、液状の熱硬化性樹脂を滴下することにより、ＬＥＤチップ１５を覆う略半球状の液滴よりなるレンズ用材料層を形成した後、加熱処理によってレンズ用材料層を硬化させることにより、樹脂層２０上にレンズ層２５が形成される。  Thelens layer 25 is formed by subjecting the surface of theresin layer 20 to potting (resin embedding) using a liquid thermosetting resin. Specifically, after a liquid thermosetting resin is dropped on the surface of theresin layer 20 to form a lens material layer made of substantially hemispherical droplets covering theLED chip 15, the lens is formed by heat treatment. Thelens layer 25 is formed on theresin layer 20 by curing the material layer.

レンズ層２５を形成するための熱硬化性樹脂としては、得られる硬化樹脂が透明なものであればよく、その具体例としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。
また、レンズ層２５を形成するための熱硬化性樹脂は、樹脂層２０の表面に滴下したときに略半球状の液滴が形成される程度の高い粘度を有するものであることが好ましく、例えば２５℃における粘度が２８Ｐａ・ｓである。
また、レンズ層２５を形成する透明性樹脂としては、屈折率が１．４１程度のものを用いることができる。As the thermosetting resin for forming thelens layer 25, it is sufficient that the obtained cured resin is transparent, and specific examples thereof include a silicone resin and an epoxy resin.
Further, the thermosetting resin for forming thelens layer 25 preferably has a viscosity high enough to form a substantially hemispherical droplet when dropped onto the surface of theresin layer 20, for example, The viscosity at 25 ° C. is 28 Pa · s.
In addition, as the transparent resin for forming thelens layer 25, a resin having a refractive index of about 1.41 can be used.

また、レンズ層２５は、ＬＥＤチップ１５の発光層１６を中心とする略半球状に形成されている。具体的には、基板１１の面方向におけるレンズ層２５の径Ｄと、レンズ層２５におけるＬＥＤチップ１５の発光層１６からの高さＨとの比（Ｄ／Ｈ）が０．７５〜５であることが好ましく、より好ましくは１．６〜２．４である。
レンズ層２５の径Ｄおよび発光層１６からの高さＨの具体的な値を示すと、径Ｄが例えば１．５〜２．５ｍｍ、発光層１６からの高さＨが例えば０．５〜２ｍｍである。Thelens layer 25 is formed in a substantially hemispherical shape centering on thelight emitting layer 16 of theLED chip 15. Specifically, the ratio (D / H) between the diameter D of thelens layer 25 in the surface direction of thesubstrate 11 and the height H of theLED layer 15 from thelight emitting layer 16 in thelens layer 25 is 0.75 to 5. It is preferable that there is, more preferably 1.6 to 2.4.
When specific values of the diameter D of thelens layer 25 and the height H from thelight emitting layer 16 are shown, the diameter D is 1.5 to 2.5 mm, for example, and the height H from thelight emitting layer 16 is 0.5 to 0.5, for example. 2 mm.

光反射部材３０を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属材料、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）などの樹脂材料を用いることができる。
光反射部材３０の寸法としては、基板１０に接する基端側の開口径が３．５〜４．５ｍｍ、先端側の開口径が７．０〜１０．３ｍｍ、軸方向の長さが３〜５ｍｍであり、光反射面３１のテーパ角度が例えば６０°である。As a material constituting thelight reflecting member 30, a metal material such as aluminum or a resin material such as PPA (polyphthalamide) can be used.
As for the dimensions of thelight reflecting member 30, the base end side opening diameter in contact with thesubstrate 10 is 3.5 to 4.5 mm, the tip end opening diameter is 7.0 to 10.3 mm, and the axial length is 3 to 3. The taper angle of thelight reflecting surface 31 is 60 °, for example.

この例におけるレンズ部材３５は、レンズ層２５に対向する光入射面に凸面が形成され、光出射面が平面とされている。
レンズ部材３５を構成する材料としては、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透明性の樹脂材料や、ガラス材料などの透明性材料を用いることができる。
また、レンズ部材３５とレンズ層２５との最短距離（空気層Ｓの最小厚み）は、例えば０．５〜１．０ｍｍである。In thelens member 35 in this example, a convex surface is formed on the light incident surface facing thelens layer 25, and the light emitting surface is flat.
As a material constituting thelens member 35, a transparent resin material such as an acrylic resin or a polycarbonate resin, or a transparent material such as a glass material can be used.
The shortest distance between thelens member 35 and the lens layer 25 (the minimum thickness of the air layer S) is, for example, 0.5 to 1.0 mm.

このようなＬＥＤ素子においては、基板１０の表面上には、ＬＥＤチップ１５の周辺領域を覆う樹脂層２０が形成されており、この樹脂層２０上にレンズ層２５が積層されているため、ポッティング加工によってレンズ層２５を形成する際には、樹脂層２０によって基板１０からの熱がレンズ用材料層に伝達されることが抑制されることにより、レンズ用材料層を構成する熱硬化性樹脂の粘度が著しく低下することがなく、当該レンズ用材料層の形状が保持される結果、得られるレンズ層２５は確実に半球状に近い形状のものとなる。
従って、本発明のＬＥＤ素子によれば、レンズ層２５の表面において反射する光の割合が小さいため、ＬＥＤチップ１５から放射される光を高い効率で外部に出射することができる。In such an LED element, aresin layer 20 covering the peripheral region of theLED chip 15 is formed on the surface of thesubstrate 10, and thelens layer 25 is laminated on theresin layer 20. When thelens layer 25 is formed by processing, theresin layer 20 prevents the heat from thesubstrate 10 from being transmitted to the lens material layer, so that the thermosetting resin of the lens material layer is formed. As a result of maintaining the shape of the lens material layer without significantly reducing the viscosity, the obtainedlens layer 25 is surely in a shape close to a hemisphere.
Therefore, according to the LED element of the present invention, since the ratio of the light reflected on the surface of thelens layer 25 is small, the light emitted from theLED chip 15 can be emitted to the outside with high efficiency.

以下、本発明のＬＥＤ素子の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。  Hereinafter, although the specific Example of the LED element of this invention is described, this invention is not limited to these Examples.

〈実施例〉
図１および図２に示す構成に従い、下記の条件によりＬＥＤ素子を作製した。
［基板］
基板としては、厚みが０．３ｍｍのアルミニウムよりなる板状基体の表面に絶縁層を介して配線部が形成されてなるものを使用した。
［ＬＥＤチップ］
下記の仕様のＬＥＤチップを、銀ペーストによって基板の表面に固定配置し、線径が２５μｍの金よりなるボンディングワイヤによって、基板の配線部に電気的に接続した。
ＬＥＤチップの仕様：
ＬＥＤチップとしては、下記の発光色が青色のＬＥＤチップおよび発光色が赤色のＬＥＤチップを使用した。
発光色が青色のＬＥＤチップ：サファイア基板上に、インジウム（Ｉｎ）−ガリウム（Ｇａ）窒化物よりなる２元系材料を成長させたものであって、縦横のサイズが３２５μｍ×３２５μｍ、厚みが１２０μｍであり、ＬＥＤチップの裏面から発光層までの高さが約１００〜１１０μｍである。
発光色が赤色のＬＥＤチップ：ＧａＰ基板上に、アクミニウム（Ａｌ）−ガリウム（Ｇａ）−インジウム（Ｉｎ）−リン（Ｐ）窒化物よりなる４元系材料を成長させたものであって、縦横のサイズが３２５μｍ×３２５μｍ、厚みが２７０μｍであり、ＬＥＤチップの裏面から発光層までの高さが約２００〜２２０μｍである。<Example>
According to the configuration shown in FIGS. 1 and 2, an LED element was manufactured under the following conditions.
[substrate]
As the substrate, a substrate in which a wiring portion was formed on the surface of a plate-like substrate made of aluminum having a thickness of 0.3 mm via an insulating layer was used.
[LED chip]
An LED chip having the following specifications was fixedly placed on the surface of the substrate with silver paste, and electrically connected to the wiring portion of the substrate by a bonding wire made of gold having a wire diameter of 25 μm.
LED chip specifications:
As the LED chip, the following LED chip whose emission color is blue and LED chip whose emission color is red were used.
LED chip having a blue emission color: a binary material made of indium (In) -gallium (Ga) nitride is grown on a sapphire substrate. The vertical and horizontal sizes are 325 μm × 325 μm and the thickness is 120 μm. The height from the back surface of the LED chip to the light emitting layer is about 100 to 110 μm.
LED chip whose emission color is red: a quaternary material made of aluminium (Al) -gallium (Ga) -indium (In) -phosphorus (P) nitride is grown on a GaP substrate, The size is 325 μm × 325 μm, the thickness is 270 μm, and the height from the back surface of the LED chip to the light emitting layer is about 200 to 220 μm.

［樹脂層］
高粘度二液型液状シリコーン樹脂（母材と硬化剤とを質量比で１０：１で混合したもの，２５℃における粘度：２８Ｐａ・ｓ，硬化物の引張強度：２５ＭＰａ，硬化物の屈折率：１．４１，硬化物の熱伝導率：０．２〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋ）を用い、基板の表面に、以下のようにしてポッティング加工を施すことによって樹脂層を形成した。
高粘度二液型液状シリコーン樹脂５５ｍｇを、ＬＥＤチップおよびその周辺の基板表面上に滴下することにより、ＬＥＤチップの周辺領域を覆う液状樹脂層を形成した後、１５０℃で１５分間の条件で液状樹脂層の加熱処理を行って当該液状樹脂層を硬化させることにより、円板状の樹脂層を形成した。得られた樹脂層は、中心の厚みが０．４ｍｍで、径が３．５ｍｍのものであった。[Resin layer]
High viscosity two-component liquid silicone resin (mixture of base material and curing agent at a mass ratio of 10: 1, viscosity at 25 ° C .: 28 Pa · s, cured product tensile strength: 25 MPa, refractive index of cured product: 1.41, heat conductivity of the cured product: 0.2 to 0.3 W / m · K), and a resin layer was formed on the surface of the substrate by potting as follows.
A liquid resin layer covering the peripheral area of the LED chip is formed by dropping 55 mg of a high-viscosity two-part liquid silicone resin on the surface of the LED chip and its surrounding substrate, and then liquid at 150 ° C. for 15 minutes. A disk-shaped resin layer was formed by heat-treating the resin layer to cure the liquid resin layer. The obtained resin layer had a center thickness of 0.4 mm and a diameter of 3.5 mm.

［レンズ層］
高粘度二液型液状シリコーン樹脂（樹脂層を形成するために使用したものと同一のもの）を用い、樹脂層の表面に、以下のようにしてポッティング加工を施すことによってレンズ層を形成した。
高粘度二液型液状シリコーン樹脂４５ｍｇを、樹脂層の表面上に滴下することにより、ＬＥＤチップを覆う略半球状の液滴よりなるレンズ用材料層を形成した後、１５０℃で１５分間の条件でレンズ用材料層の加熱処理を行って当該レンズ用材料層を硬化させることにより、略半球状のレンズ層を形成した。得られたレンズ層は、基板の面方向における径Ｄが２ｍｍ、ＬＥＤチップの発光層からの高さが０．９〜１．０ｍｍのものであった。[Lens layer]
Using a high-viscosity two-part liquid silicone resin (the same as that used for forming the resin layer), the surface of the resin layer was potted as follows to form a lens layer.
A 45-mg high-viscosity two-part liquid silicone resin is dropped onto the surface of the resin layer to form a lens material layer consisting of substantially hemispherical droplets covering the LED chip, and then at 150 ° C. for 15 minutes. The lens material layer was heated to cure the lens material layer to form a substantially hemispherical lens layer. The obtained lens layer had a diameter D of 2 mm in the surface direction of the substrate and a height from the light emitting layer of the LED chip of 0.9 to 1.0 mm.

［光反射部材］
筒状の光反射部材を、その光反射面がＬＥＤチップを包囲するよう基板の表面上に配置して固定した。この光反射部材は、アルミニウムよりなり、基端側の開口径が３．５ｍｍ、先端側の開口径が４．６４ｍｍ、軸方向の長さが５ｍｍであり、光反射面のテーパ角度が６０°のものである。[Light reflecting member]
A cylindrical light reflecting member was disposed and fixed on the surface of the substrate such that the light reflecting surface surrounded the LED chip. This light reflecting member is made of aluminum, has an opening diameter on the base end side of 3.5 mm, an opening diameter on the distal end side of 4.64 mm, an axial length of 5 mm, and a taper angle of the light reflecting surface of 60 °. belongs to.

［レンズ部材］
光反射部材の筒孔内に、当該光反射部材の光反射面に適合するテーパ状の周面を有するレンズ部材を、その光入射面がレンズ層に空気層を介して対向するよう配置して固定した。このレンズ部材は、ポリカーボネート（ＰＣ）よりなり、光入射面に凸面が形成され、光出射面が平面のものである。[Lens material]
A lens member having a tapered peripheral surface that fits the light reflecting surface of the light reflecting member is disposed in the cylindrical hole of the light reflecting member so that the light incident surface faces the lens layer through the air layer. Fixed. This lens member is made of polycarbonate (PC), has a convex surface on the light incident surface, and a flat light output surface.

〈比較例〉
樹脂層を形成せずに、図３に示すように、基板およびＬＥＤチップの表面にレンズ層を形成したこと以外は、実施例１と同様の構成のＬＥＤ素子を作製した。このＬＥＤ素子のレンズ層は、基板の面方向における径Ｄが２．０ｍｍ、ＬＥＤチップの発光層からの高さが０．６〜０．７ｍｍのものであった。<Comparative example>
As shown in FIG. 3 without forming the resin layer, an LED element having the same configuration as in Example 1 was produced except that a lens layer was formed on the surface of the substrate and the LED chip. The lens layer of this LED element had a diameter D of 2.0 mm in the surface direction of the substrate and a height from the light emitting layer of the LED chip of 0.6 to 0.7 mm.

〈参考例〉
樹脂層およびレンズ層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の構成のＬＥＤ素子を作製した。<Reference example>
An LED element having the same configuration as in Example 1 was produced except that the resin layer and the lens layer were not formed.

〈ＬＥＤ素子の評価〉
実施例、比較例および参考例に係るＬＥＤ素子に、供給電流として４０ｍＡおよび６０ｍＡの電流を流して点灯し、放射される光の全放射束を測定し、参考例に係るＬＥＤ素子の全放射束を１００としたときの相対値を求めた。その結果は、４０ｍＡの電流を流したときには、実施例：参考例：比較例＝１２９：１００：７７、６０ｍＡの電流を流したときには、実施例：参考例：比較例＝１２７：１００：７７であり、実施例に係るＬＥＤ素子は、参考例に係るＬＥＤ素子より約３割弱明るいものであることが理解される。<Evaluation of LED element>
The LED elements according to the examples, comparative examples and reference examples are lit by supplying currents of 40 mA and 60 mA as supply currents, the total radiant flux of the emitted light is measured, and the total radiant flux of the LED elements according to the reference examples is measured. The relative value was determined when the value was 100. As a result, when a current of 40 mA was applied, Example: Reference Example: Comparative Example = 129: 100: 77, and when a current of 60 mA was applied, Example: Reference Example: Comparative Example = 127: 100: 77 In addition, it is understood that the LED element according to the example is a little less than about 30% brighter than the LED element according to the reference example.

以上の結果から明らかなように、実施例に係るＬＥＤ素子は、放射される光の全放射束が比較例に係るＬＥＤ素子に比べて高く、従って、実施例に係るＬＥＤ素子によれば、ＬＥＤチップから放射される光が高い効率で外部に出射されることが確認された。  As is clear from the above results, the LED element according to the example has a higher total radiant flux of emitted light than the LED element according to the comparative example. Therefore, according to the LED element according to the example, the LED element It was confirmed that the light emitted from the chip was emitted to the outside with high efficiency.

１０ 基板
１１ 配線部
１２ 接着材
１３ ボンディングワイヤ
１５ ＬＥＤチップ
１６ 発光層
２０ 樹脂層
２５ レンズ層
３０ 光反射部材
３１ 光反射面
３５ レンズ部材
９０ 基板
９１ ＬＥＤチップ
９５ レンズ層
Ｓ 空気層DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 Board |substrate 11Wiring part 12Adhesive material 13Bonding wire 15LED chip 16Light emitting layer 20Resin layer 25Lens layer 30Light reflecting member 31Light reflecting surface 35Lens member 90 Board |substrate 91LED chip 95 Lens layer S Air layer

Claims (4)

Translated fromJapanese

基板と、
この基板の表面上に配置されたＬＥＤチップと、
前記基板の表面上に、少なくとも前記ＬＥＤチップの周辺領域を覆うよう形成された樹脂層と、
この樹脂層上に積層され、前記ＬＥＤチップを覆うよう略半球状に形成された透明性樹脂よりなるレンズ層と
を具えてなることを特徴とするＬＥＤ素子。A substrate,
An LED chip disposed on the surface of the substrate;
A resin layer formed on the surface of the substrate so as to cover at least a peripheral region of the LED chip;
An LED element comprising: a lens layer made of a transparent resin laminated on the resin layer and formed in a substantially hemispherical shape so as to cover the LED chip. 前記レンズ層は、前記ＬＥＤチップの発光層を中心とする略半球状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ素子。  The LED element according to claim 1, wherein the lens layer is formed in a substantially hemispherical shape centering on a light emitting layer of the LED chip. 前記樹脂層は前記基板の表面にポッティング加工を施すことによって形成されており、前記レンズ層は、前記樹脂層上にポッティング加工を施すことによって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ素子。  The said resin layer is formed by performing a potting process on the surface of the said board | substrate, The said lens layer is formed by performing a potting process on the said resin layer, The Claim 1 or Claim characterized by the above-mentioned. Item 3. The LED element according to Item 2. 前記樹脂層は、前記レンズ層と同一の材料によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ素子。  The LED element according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin layer is formed of the same material as the lens layer.

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