JP2002176201A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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誠一 高橋
Hiromi Koga
洋美 古賀
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外光を蛍光体の励起光源として使用する場
合、ガラスレンズ付き中空キャップを使用していたの
で、高価格で、また紫外光ＬＥＤチップと蛍光体との間
に物理的な距離があり、紫外光を励起光として十分に利
用できなかった。 【解決手段】 紫外光ＬＥＤチップ１１の外面を、蛍光
材料及び光散乱材を含む樹脂で形成された蛍光体１２で
覆い、更にその周囲を樹脂レンズ１３となる樹脂で囲っ
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外光ＬＥＤ（Ｌｉ
ｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップを蛍光
体の励起光源として使用した半導体発光素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、可視光を発光するＬＥＤ素子に用
いられている通常の樹脂レンズは紫外光を吸収するため
に紫外光ＬＥＤ素子には適用できず、紫外光ＬＥＤ素子
にはガラスレンズが先端に形成された中空キャップが紫
外光を素子の外部に取り出すのに使用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
レンズ付き中空キャップと樹脂レンズの価格を比較する
と、ガラスレンズ付き中空キャップは高価であり、紫外
ＬＥＤ素子の低価格化に問題があった。
【０００４】また紫外光を発光する紫外ＬＥＤ素子を蛍
光体の励起光源として使用する場合、紫外ＬＥＤ素子と
蛍光体との間に中空の物理的な距離が存在するために、
励起光である紫外光を無駄なく蛍光体へ注入することが
できなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は紫外光ＬＥＤチップの外面を、蛍光材料及
び光散乱材を含む樹脂で覆い、更にその周囲を樹脂レン
ズとなる樹脂で囲ったものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態を
示す断面図である。
【０００７】紫外光ＬＥＤチップ１１の外面、即ち表面
及び側面を、蛍光体１２で覆い、更にその周囲に樹脂レ
ンズ１３を形成している。
【０００８】紫外光ＬＥＤチップ１１はリードフレーム
１４に搭載され、上面に形成された電極１５とリードフ
レーム１６とを金線１７で接続している。
【０００９】蛍光体１２は蛍光材料及び光散乱材を含む
例えばエポキシ系の樹脂をディップ方法やポッティング
方法により紫外光ＬＥＤチップ１１の外面に密着してコ
ーティングしたものである。
【００１０】蛍光材料としては例えば４００〜５５０ｎ
ｍの短波長を発光する蛍光材料及び５５０〜７００ｎｍ
の長波長を発光する蛍光材料を、それぞれ単独で又はそ
れらを混合して使用する。
【００１１】また、光散乱材としては例えば粒径１〜５
μｍの石英（シリカ）又はダイヤモンド粒子、もしくは
それらを混合した材料を使用する。
【００１２】樹脂レンズ１３は例えばエポキシ系の樹脂
で通常の注型法等により形成される。
【００１３】このように構成した発光素子に、リードフ
レーム１４，１６を通して所定の電圧で所定の電流を流
して駆動すると、紫外光ＬＥＤチップ１１が紫外光を発
光する。
【００１４】紫外光ＬＥＤチップ１１はリードフレーム
１４に搭載された面以外を蛍光体１２が密着して覆って
いるので、その間に物理的距離がなく、紫外光ＬＥＤチ
ップ１１の外面から発光される紫外光は蛍光体１２にほ
とんど１００％注入される。即ち、紫外光は無駄なく、
効率よく蛍光体１２の励起光として使用できる。
【００１５】蛍光体１２は、樹脂中の蛍光材料に紫外光
が照射されるので、所定の波長の蛍光を発光する。この
際、蛍光材料と共に混入された散乱材により紫外光が散
乱して蛍光材料を満遍なく照射するので、蛍光の発光が
効率よく行われる。
【００１６】また、発光した蛍光も散乱材により広く散
乱されるので、均一な蛍光となり、表示装置に適用した
場合に均一な表示効果が得られる。
【００１７】散乱材としては、石英を使用するのがコス
ト的には良いが、石英（二酸化珪素）の屈折率１．４５
に対し、ダイヤモンドは２．４程度と非常に高い屈折率
を示す。
【００１８】これは光束の進路を変えるのに適している
ことを意味し、混ぜ込んだ樹脂内で粒子数が少なくても
光の進路をかなり曲げることができる。
【００１９】そのため、蛍光体１２の樹脂内で光束が十
分混合されて外部に放出されるので、ダイヤモンドを使
用した場合には光束の混ざりの良い状態を実現すること
ができる。
【００２０】ダイヤモンドの場合には、理屈の上では石
英に比して若干のコストアップになるが、数ミクロンの
粒子でもあり、発光素子１個当りに使用する量も微々た
るもので、その効果から考えると実用上大きな問題では
ない。
【００２１】以上のように第１の実施形態によれば、紫
外光ＬＥＤチップの外面を蛍光材料及び光散乱材を含む
樹脂で覆ったので、紫外光は発光素子の外部には出さ
ず、外部には蛍光のみを取り出すため、一般的な発光素
子に用いられている樹脂レンズをそのまま適用すること
ができ、低価格化が可能となる。
【００２２】また、紫外光ＬＥＤチップに蛍光体が直接
接触しているので、紫外光ＬＥＤチップと蛍光体間の物
理的距離が事実上ゼロとなり、紫外光ＬＥＤチップから
発光される紫外光は無駄なく、効率良く蛍光体の励起光
として使用することができる。
【００２３】更に、蛍光体として蛍光材料と光散乱材を
混入したので、紫外光が散乱して蛍光材料を照射し、励
起された蛍光も散乱し、効率よく均一な蛍光を得ること
ができる。
【００２４】図２は本発明の第２の実施形態を示す断面
図で、紫外光ＬＥＤチップと蛍光体の部分のみを示して
いる。
【００２５】第１の実施形態と同様に、紫外光ＬＥＤチ
ップ１１の外面に蛍光体２０を形成したものであるが、
蛍光体２０は第１の樹脂２１と第２の樹脂２２の２層で
形成される点が第１の実施形態と異なっている。
【００２６】第１の樹脂２１は第１の波長例えば短波長
を発光する蛍光材料及び光散乱材を含む樹脂で、第２の
樹脂２２は第２の波長例えば長波長を発光する蛍光材料
及び光散乱材を含む樹脂である。
【００２７】紫外光ＬＥＤチップ１１の外面を第１の樹
脂２１で覆い、その上に第２の樹脂２２を積層して２層
の蛍光体２０を形成し、更にその周囲を樹脂レンズで囲
って構成する。各層の厚さは０．１〜０．２ｍｍ程度が
適当であるが、これに限定されるものではない。
【００２８】このように構成して発光させると、青系の
短波長の蛍光と赤系の長波長の蛍光が混合し、白色の蛍
光を発光させることができるだけでなく、層の厚さを調
節することにより発光量をコントロールし、色調調整を
して発光色を変えることができる。
【００２９】また、短波長としては４００〜５５０ｎｍ
であり、長波長としては５５０〜７００ｎｍであるが、
例えば青色として４６０〜４８５ｎｍを選択し、対応す
る黄色を５７０〜５９０ｎｍ程度の波長で選択して白色
を実現することもできる。
【００３０】なお、第１の樹脂２１には、４００〜５０
０ｎｍの短波長を発光する蛍光材料と５００〜５５０ｎ
ｍの短波長を発光する蛍光材料を混合させて、青系の短
波長の光を発光させることもできる。
【００３１】短波長の光（青系）を発光する蛍光材料を
下層の第１の樹脂２１に混入し、長波長の光（赤系）を
発光する蛍光材料を第２の樹脂に混入する理由は、長波
長の蛍光材料を下層に配置すると、短波長の蛍光材料を
励起するための紫外光が下層を透過する際に減衰又は吸
収されて表面に届く光量が減少するからである。
【００３２】短波長の蛍光材料は長波長のものより高い
励起エネルギーを必要とするので、減衰又は吸収された
紫外光では発光効率が低下する。そのため短波長の蛍光
材料を第１の樹脂２１にし、長波長の蛍光材料を第２の
樹脂２２に混入している。
【００３３】なお、第１の樹脂２１及び第２の樹脂２２
を厚い層に形成した場合には、長波長の方が透過し易い
性質があるので、長波長の蛍光材料を第１の樹脂２１に
混入する場合もある。
【００３４】以上のように第２の実施形態によれば、第
１の実施形態の効果に加えて、短波長の蛍光材料を含む
第１の樹脂と長波長の蛍光材料を含む第２の樹脂で蛍光
体を２層に構成したので、組合わせる波長や層の厚さを
調節することにより白色を実現できるだけでなく、発光
色を変えることもできる。
【００３５】図３は本発明の第３の実施形態を示す図
で、図２と同様に紫外光ＬＥＤチップと蛍光体の部分の
みを示している。
【００３６】第１、第２の実施形態と同様に、紫外光Ｌ
ＥＤチップ１１の外面に蛍光体３０を形成したものであ
るが、蛍光体３０は第１の樹脂３１と第２の樹脂３２と
第３の樹脂３３の３層で形成されている。
【００３７】第１の樹脂３１の蛍光材料を４００〜５０
０ｎｍの短波長（青系）とし、第２の樹脂３２の蛍光材
料を５００〜５５０ｎｍの短波長（緑系）とし、第３の
樹脂３３の蛍光材料を５５０〜７００ｎｍの長波長（赤
系）とした場合、光の３原色混合により白色を含めた各
色の発光を実現することができる。
【００３８】また、第１の樹脂３１の蛍光材料を４００
〜５５０ｎｍの短波長（青系）とし、第２の樹脂３２の
蛍光材料を５５０〜５９０ｎｍの長波長（黄系）とし、
第３の樹脂３３の蛍光材料を５９０〜７００ｎｍの長波
長（赤系）とすることもできる。
【００３９】この場合、第２の実施形態で説明したよう
に、青色として４６０〜４８５ｎｍの短波長を選択し、
黄色として５７０〜５９０ｎｍの長波長を選択して青み
がかった白色を実現できるが、更に赤色として５９０〜
７００ｎｍの長波長を第３の樹脂３３の蛍光材料に選択
することによって暖かい感じの白色にすることもでき
る。
【００４０】即ち、最上層である第３の樹脂３３の蛍光
材料は色合い（色調）を調節する機能を備えている。
【００４１】以上のように第３の実施形態によれば、第
２の実施形態の効果に加えて、第３の樹脂による最上層
を追加して３層構造にしたので、色調調整ができるとい
う効果がある。
【００４２】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、紫外
光ＬＥＤチップの外面を蛍光材料及び光散乱材を含む樹
脂で、直接密着させて覆ったので、樹脂レンズが適用で
きて低価格化を実現し、また、紫外光を無駄なく蛍光材
料の励起光として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す断面図
【符号の説明】
１１ 紫外光ＬＥＤチップ １２，２０，３０ 蛍光体 １３ 樹脂レンズ ２１，３１ 第１の樹脂 ２２，３２ 第２の樹脂 ３３ 第３の樹脂
フロントページの続き (72)発明者 丸山 光晴 長野県岡谷市天竜町３−20−32 岡谷電機 産業株式会社長野製作所内 Ｆターム(参考） 4M109 AA02 BA01 CA01 CA04 CA07 DA07 EA03 EB18 EC11 EE12 EE20 GA01 5F041 AA14 DA07 DA12 DA18 DA44 DA58 DB01 EE17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 紫外光ＬＥＤチップの外面を、蛍光材料
    及び光散乱材を含む樹脂で覆い、更にその周囲を樹脂レ
    ンズとなる樹脂で囲ったことを特徴とする半導体発光素
    子。
  2. 【請求項２】 紫外光ＬＥＤチップの外面を、第１の波
    長を発光する蛍光材料及び光散乱材を含む第１の樹脂で
    覆い、その上に第２の波長を発光する蛍光材料及び光散
    乱材を含む第２の樹脂で積層し、更にその周囲を樹脂レ
    ンズとなる樹脂で囲ったことを特徴とする半導体発光素
    子。
  3. 【請求項３】 前記第１の波長が短波長で、前記第２の
    波長が長波長であることを特徴とする請求項２記載の半
    導体発光素子。
  4. 【請求項４】 前記短波長が４００〜５５０ｎｍの短波
    長で、前記長波長が５５０〜７００ｎｍの長波長である
    ことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 前記第１の樹脂が、４００〜５００ｎｍ
    の短波長を発光する蛍光材料と５００〜５５０ｎｍの短
    波長を発光する蛍光材料とを混合した蛍光材料及び光散
    乱材を含むことを特徴とする請求項４記載の半導体発光
    素子。
  6. 【請求項６】 紫外光ＬＥＤチップの外面を、４００〜
    ５００ｎｍの短波長を発光する蛍光材料及び光散乱材を
    含む第１の樹脂で覆い、その上に５００〜５５０ｎｍの
    短波長を発光する蛍光材料及び光散乱材を含む第２の樹
    脂で積層し、その上に５５０〜７００ｎｍの長波長を発
    光する蛍光材料及び光散乱材を含む第３の樹脂で積層
    し、更にその周囲を樹脂レンズとなる樹脂で囲ったこと
    を特徴とする半導体発光素子。
  7. 【請求項７】 紫外光ＬＥＤチップの外面を、４００〜
    ５５０ｎｍの短波長を発光する蛍光材料及び光散乱材を
    含む第１の樹脂で覆い、その上に５５０〜５９０ｎｍの
    長波長を発光する蛍光材料及び光散乱材を含む第２の樹
    脂で積層し、その上に５９０〜７００ｎｍの長波長を発
    光する蛍光材料及び光散乱材を含む第３の樹脂で積層
    し、更にその周囲を樹脂レンズとなる樹脂で囲ったこと
    を特徴とする半導体発光素子。
  8. 【請求項８】 前記光散乱材が石英であることを特徴と
    する請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。
  9. 【請求項９】 前記光散乱材がダイヤモンド粒子である
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導
    体発光素子。
  10. 【請求項１０】 前記光散乱材が石英とダイヤモンド粒
    子の混合材であることを特徴とする請求項１〜６のいず
    れかに記載の半導体発光素子。
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