JP2004031843A

JP2004031843A - 発光ダイオ−ド

Info

Publication number: JP2004031843A
Application number: JP2002188906A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Yamada; 山田　隆二; Hiroyuki Minagawa; 皆川　博幸
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】分光特性を有する発光ダイオ−ドにおいて、製造工程を簡単化すると共に歩留りを高め、かつ、光利用効率を向上させること。
【解決手段】透明体３１に蛍光体３２を混入させた分光部材３３と半導体発光素子３４とを別々に構成すると共に、これら半導体発光素子３４と分光部材３３とを所定の間隔をおいて配置し、さらに、半導体発光素子３４が放射する光線を透過し、かつ、蛍光体３２が放射する光線のうち、半導体発光素子側に向かう光線を反射して前方向に進行させる光学薄膜５１を分光部材３３に塗布した構成としてある。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光体を半導体発光素子で照射して所望の色光を得る発光ダイオ−ドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体からなる発光素子で蛍光体を照射し所望の色光を得る構成の発光ダイオ−ドは既に知られている。
例えば、青色系の半導体発光素子で黄色発光の蛍光体を照射して白色光を得る発光ダイオ−ド、或いは、紫色系の半導体発光素子でＲＧＢ３種類の蛍光体を照射して白色光を得る発光ダイオ−ドがある。
【０００３】
図８、図９は白色発光ダイオ−ドの従来例を示す簡略図である。
図８に示す白色発光ダイオ−ド１０は、半導体発光素子１１の照射面に蛍光体１２を塗布した構成となっている。
図９に示す白色発光ダイオ−ド２０は、蛍光体２２を混入させた砲弾型の透明樹脂２３で半導体発光素子２１を封止した構成となっている。
【０００４】
上記したような発光ダイオ−ドは、それらを多数個配置し電気制御によって点滅させる構成とした大型ディスプレイのバックライトとして既に実現しているが、昨今では、照明用光源として利用することが開発されている。
【０００５】
具体的には、上記した砲弾型の白色発光ダイオ−ド２０を多数個配置して蛍光灯の代替え品を目指すことが試みられている。
発光ダイオ−ドは、蛍光灯に比べ寿命が長いこと、消費電力が少ないことなどの利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示したような発光ダイオ−ドは、半導体発光素子上に蛍光体を塗布するため、製造工程が複雑となることにより、製品の歩留りが悪い。
言換えれば、半導体からなる発光素子と蛍光体とが異種材料でできているために製造が複雑な工程となる。
【０００７】
図９に示した発光ダイオ−ドは、蛍光体を分散した砲弾型の透明樹脂によって半導体発光素子を封止してあるため、ダイオ−ド形態が大きくなる。
【０００８】
この結果、発光ダイオ−ドを多数個配置して照明用光源とする場合、ダイオ−ドの組付けスペ−スが大きくなり、照明用光源として大型化する。
また、このような樹脂封止型の発光ダイオ−ドは、温度上昇や紫外線による樹脂の劣化や変形が生ずる。
【０００９】
さらに、上記したような発光ダイオ−ドは、半導体発光素子の光線が蛍光体に照射されると、蛍光体が光を吸収し、吸収した光の波長とは異なる波長の光を発生するが、この光が前方と後方とに放射されるために、後方に放射された光線が半導体発光素子によって遮蔽されて損失となり、光の利用効率が低い。
【００１０】
本発明は上記した実情にかんがみ、所望の分光特性を得ることができる発光ダイオ−ドにおいて、製造を簡単化すると共に歩留りを高め、かつ、光の利用効率を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、半導体からなる発光素子で蛍光体を照射し所望の分光特性を得る発光ダイオ−ドにおいて、前記発光素子と前記蛍光体とを分離して配置する構成としたことを特徴とする発光ダイオ−ドを提案する。
【００１２】
また、第２の発明としては、第１の発明の発光ダイオ−ドにおいて、前記発光素子と蛍光体との間に、空気、不活性ガス、真空などの介在物を設けたことを特徴とする発光ダイオ−ドを提案する。
【００１３】
上記した第１、第２の発明によれば、半導体発光素子と蛍光体とを分離して配置したので、半導体発光素子と蛍光体とを別々に生産することができ、製造工程が簡単化され、製造コストの点で有利となる。
【００１４】
第３の発明としては、第１または第２の発明の発光ダイオ−ドにおいて、蛍光体は、前記発光素子から放射される光線に対し透明な媒体中に混入し、若しくは、前記発光素子側と反対となるその媒体の表面に施し、さらに、前記発光素子側となる前記媒体の表面には、前記発光素子から放射される波長の光線を透過し、蛍光体から発光される波長の光線を反射する光学薄膜を施して構成したことを特徴とする発光ダイオ−ドを提案する。
【００１５】
この第３の発明によれば、蛍光体から発光素子側に放射される光線が光学薄膜によって反射されてダイオ−ド正面側に向かう。
この結果、蛍光体から発光素子側に放射される光線が有効に利用できることから、光の利用効率を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は第１の発明の第１実施形態として示した発光ダイオ−ド３０の構成図である。
本実施形態は、ガラスまたは樹脂などの透明体３１の中に蛍光体３２を分散（混入）させて形成した分光部材（波長変換部材）３３を半導体発光素子３４とは別体に構成する。
【００１７】
そして、分光部材３３は半導体発光素子３４に対して所定の間隔離し、当該発光素子３４の光線放射方向位置に配置した構成としてある。
【００１８】
このように構成した発光ダイオ−ド３０は、半導体発光素子３４から放射された波長λ１の光線Ｌ１が分光部材３３に入射すると、その光線Ｌ１の一部が蛍光体３２によって吸収され、その他の光線Ｌ１が分光部材３３を透過する。
【００１９】
蛍光体３２は光線Ｌ１を吸収することによって波長λ２の光線Ｌ２を射出し、この光線Ｌ２が光線Ｌ１と共に放射される。
この結果、波長λ１、λ２の光線Ｌ１、Ｌ２が放射され、所望の分光特性の色光を得ることができる。
例えば、光線Ｌ１が青色光で、光線Ｌ２が黄色光であれば、白色光となる。
【００２０】
図２は第１の発明の第２実施形態として示した発光ダイオ−ド４０の構成図である。
本実施形態では、ガラスまたは樹脂などの透明体４１の表面に蛍光体４２を塗布した分光部材４３を半導体発光素子４４とは別体に構成してある。
【００２１】
そして、この分光部材４３は半導体発光素子４４に対して所定の間隔離し、当該発光素子４４の光線放射方向位置に配置した構成としてある。
【００２２】
このように構成した発光ダイオ−ド４０は、上記し第１実施形態の発光ダイオ−ド３０と同様に、波長λ１の光線Ｌ１と波長λ２の光線Ｌ２とを放射し、所望の分光特性の色光を得ることができる。
【００２３】
上記した発光ダイオ−ド３０、４０は、半導体発光素子（３４、４４）と分光部材（３３、４３）とを別々に製造することができるので、特に、半導体発光素子の歩留りが向上する。
なお、分光部材（３３、４３）は平面形状でも曲面形状のものでもよく、また、蛍光体４２はスパッタ法や蒸着法などによって透明体４１に施すようにすることもできる。
【００２４】
また、第２の発明を実施する場合には、半導体発光素子と分光部材との間に、空気、不活性ガス、真空などの介在物を設けるが、その他に、例えば、アルコ−ルなどの流体を設けるようにしてもよい。
【００２５】
図３は、第３発明の第１実施形態として示した発光ダイオ−ド５０の構成図である。
本実施形態は、上記した分光部材３１に光学薄膜５１を設けたことが特徴となっており、その他は図１に示す発光ダイオ−ド３０と同構成としてある。
【００２６】
光学薄膜５１は、半導体発光素子３４から放射する波長λ１の光線Ｌ１を透過し、蛍光体３２から放射する波長λ２の光線Ｌ２を反射する光学薄膜で、分光部材３３の半導体発光素子側の面上に塗布してある。
なお、光学薄膜５１については、スパッタ法や蒸着法によっても施すことができる。
【００２７】
例えば、青色発光の半導体発光素子３４と、黄色発光の分光部材（蛍光体）３３を備える場合には、青色発光の光線Ｌ１を透過し、黄色発光の光線Ｌ２を反射する光学薄膜５１を備える。
【００２８】
図４は、上記のように構成した発光ダイオ−ド５０の動作説明図である。
図示するように、半導体発光素子３４の光線Ｌ１が光学薄膜を透過して分光部材３３に入射すると、分光部材３３を通って発光ダイオ−ドの前方に放射される光線Ｌ１と蛍光体３２によって吸収される光線Ｌ１が生ずる。
【００２９】
そして、蛍光体３２が光線Ｌ１を吸収することにより、蛍光体３２から波長λ２の光線Ｌ２が放射されるが、このように放射される光線Ｌ２は各方向に放射されるため、半導体発光素子側に放射される光線Ｌ２が光学薄膜５１によって反射され、発光ダイオ−ドの前方向に進行する。
この結果、蛍光体３２より放射される光線Ｌ２を効果的に利用し発光効率を高めることができる。
【００３０】
図５は、第３発明の第２実施形態として示した発光ダイオ−ド６０の構成図である。
本実施形態は、上記した分光部材４３に光学薄膜６１を設けたことが特徴となっており、その他は図２に示す発光ダイオ−ド４０と同構成としてある。
【００３１】
このように構成した発光ダイオ−ド６０は、図６に示す動作説明図より分かる通り、半導体発光素子側に向かう蛍光体４２の光線Ｌ２（波長λ２）が光学薄膜６１によって反射され、発光ダイオ−ドの前方向に進行するから、光の利用効率を向上させることができる。
【００３２】
図７は、本発明を実施した具体例を示す発光ダイオ−ド７０の構成図である。図示するように、半導体発光素子７１を凹面鏡７２の内部に配置すると共に、凹面鏡７２の上部に分光部材７３が設けてある。
【００３３】
凹面鏡７２は、半導体発光素子７１の光線Ｌ１（波長λ１）の全てを分光部材７３に入射させるように、傾斜側面を設けたものとなっている。
また、分光部材７３は、光学薄膜７４を設けて図３に示したものと同様のものとなっているが、蛍光体を透明体に塗布した分光部材に光学薄膜を設けた図５と同様のものであってもよい。
【００３４】
この具体例の発光ダイオ−ド７０によれば、半導体発光素子７１の側面、背面から放射される光線Ｌ１は凹面鏡７２より反射され、半導体発光素子７１の前方向に進行する。
そして、分光部材７３が半導体発光素子７１と離れていることから、全ての光線Ｌ１が分光部材７３に入射する。
【００３５】
また、既に述べたように、蛍光体より半導体発光素子側に放射される光線Ｌ２（波長λ２）が光学薄膜７４によって反射される。
この結果、半導体発光素子７１から放射されるあらゆる方向の光線Ｌ１と、蛍光体から放射される全ての光線Ｌ２を発光ダイオ−ドの前方向に導くことができ、高い光利用効率の発光ダイオ−ドとなる。
【００３６】
ちなみに、図８に従来例として示した発光ダイオ−ド１０のように、蛍光体１２が半導体発光素子１１面に塗布されたものでは、凹面鏡７２で反射された光線Ｌ１が蛍光体１２に入射しないために所望の分光特性の色光を得ることができない。
【００３７】
また、図９に従来例として示した発光ダイオ−ド２０のように、蛍光体２２が透明樹脂２３に分散されたものでは、蛍光体２２から半導体発光素子側に放射される光線Ｌ２は照明光として利用することができない。
【００３８】
【発明の効果】
以上した通り、本発明では、半導体からなる発光素子と蛍光体とを分離して配置する構成としたので、これら発光素子と蛍光体とを別々に製造することができる。
この結果、分光特性を有する発光ダイオ−ドの製造工程が簡単となると共に歩留りを向上させることができる。
【００３９】
また、蛍光体から発光素子側に向かって放射される光線を発光ダイオ−ドの前方向に反射させる光学薄膜を備えたので、光利用効率の高い発光ダイオ−ドとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の第１実施形態として示した発光ダイオ−ドの構成図である。
【図２】第１の発明の第２実施形態として示した発光ダイオ−ドの構成図である。
【図３】第３の発明の第１実施形態として示した発光ダイオ−ドの構成図である。
【図４】図３に示した発光ダイオ−ドの動作説明図である。
【図５】第３の発明の第２実施形態として示した発光ダイオ−ドの構成図である。
【図６】図５に示した発光ダイオ−ドの動作説明図である。
【図７】第３の発明を実施した具体例を示す発光ダイオ−ドの構成図である。
【図８】半導体発光素子面に蛍光体を塗布した構成の従来の発光ダイオ−ドを示す構成図である。
【図９】蛍光体を混入した透明樹脂で半導体発光素子を封止した従来の発光ダイオ−ドを示す構成図である。
【符号の説明】
３０、４０、５０、６０　発光ダイオ−ド
３１、４１　透明体
３２、４２　蛍光体
３３、４３　分光部材
３４、４４　半導体発光素子
５１、６１　光学薄膜

Claims

半導体からなる発光素子で蛍光体を照射し所望の分光特性を得る発光ダイオ−ドにおいて、
前記発光素子と前記蛍光体とを分離して配置する構成としたことを特徴とする発光ダイオ−ド。
請求項１に記載した発光ダイオ−ドにおいて、
前記発光素子と蛍光体との間に、空気、不活性ガス、真空などの介在物を設けたことを特徴とする発光ダイオ−ド。
請求項１または２に記載した発光ダイオ−ドにおいて、
蛍光体は、前記発光素子から放射される光線に対し透明な媒体中に混入し、若しくは、前記発光素子側と反対となるその媒体の表面に施し、
さらに、前記発光素子側となる前記媒体の表面には、前記発光素子から放射される波長の光線を透過し、蛍光体から発光される波長の光線を反射する光学薄膜を施して構成したことを特徴とする発光ダイオ−ド。