JP2004200531A - 面実装型led素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】面実装型LED素子においてLEDチップの発光色が短波長化されると、ケース、充填材などを構成していた樹脂部材の劣化が早まり、これにより面実装型LED素子全体が短命化する問題を生じていた。
【解決手段】本発明により、青色など発光波長の短いLEDチップ2を使用する面実装型LED素子1において、セラミックで形成されたケース3、低融点ガラスをバインダー6とする蛍光体5および低融点ガラスによる充填部材4などを無機素材化することで、短波長化によりケース用部材、封止用部材などが劣化し、LEDチップ2、蛍光体5など主要部が寿命に至らない時点で、ケース、封止用充填部材などが劣化し使用に耐えなくなることをなくし課題を解決する。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明により、青色など発光波長の短いLEDチップ2を使用する面実装型LED素子1において、セラミックで形成されたケース3、低融点ガラスをバインダー6とする蛍光体5および低融点ガラスによる充填部材4などを無機素材化することで、短波長化によりケース用部材、封止用部材などが劣化し、LEDチップ2、蛍光体5など主要部が寿命に至らない時点で、ケース、封止用充填部材などが劣化し使用に耐えなくなることをなくし課題を解決する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に取付けが行われるLED素子の構成に関するものであり、詳細には、面実装型と称されて、前記回路基板に取付穴を設けることなく取り付けを可能とする構成とされたLED素子に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の波長変換部を用いたLED素子(発光装置)としては、青色の発光を行なうLEDチップと、青色光を黄色に変換するYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の蛍光体とを組合わせた白色発光のLEDが知られている、また、紫外光の発光を行なうLEDチップと白色発光の蛍光体とを組合わせる白色発光のLEDランプも提案されている。(例えば特許文献1参照)
【0003】
【特許文献1】
特開平10−242513号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の構成のLED素子において、発光色に白色が要求される場合には、LEDチップに窒化ガリウム系化合物半導体などから成る活性層を有し、発光色としては青色発光が行われるものとすると共に、ケース93をエポキシ樹脂などで形成する際にYAG系蛍光体の適量を混和しておき、前記LEDチップ91からの青色発光によりYAG系蛍光体に黄色発光を行わせ、総合として白色光を得るものとしている。
【0005】
このときに、前記LEDチップが発光する光は波長が短く、有機の素材などに対する活性度が強いものであるので、ケース、充填剤など樹脂部品は黄変による透明度の低下など劣化を生じ易く、LEDチップには何らの劣化も生じていない状態であるにもかかわらず、例えば1000時間程度の使用において、光量が半減し使用不能となる問題点を生じている。また、上記した透明度の低下と共に、LEDチップ91からの発熱によりケース93など樹脂部品の強度が低下し破損などの要因となる問題点も生じている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するLEDチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記LEDチップにはこのLEDチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が周囲に塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型LED素子を提供することで課題を解決するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図1に示すものは本発明に係る面実装型LED素子1の第一実施形態であり、本発明においては、LEDチップ2は窒化ガリウム系化合物半導体で活性層が形成されるものであり、青色〜近紫外など短波長寄りの光を発するものとなっている。
【0008】
また、本発明の面実装型LED素子1においては、YAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)系として前記LEDチップ2からの光により励起され黄色光を発する蛍光体5が用いられ、前記LEDチップ2からの青色光との合成色として白色光を得るものである点は従来例のものと同様である。
【0009】
よって、例えばLEDチップ2をエポキシ樹脂など透明樹脂で封止を行うときには、LEDチップからの光により黄変を生じるなどして透明度が低下し、比較的に短時間、例えば1000時間程度で使用に耐えないものとなるなどの問題を生じる可能性があり、また、不透明な部分においても強度の低下などにより封止性能が低下しLEDチップ2の劣化を招く危険性を含むものである。
【0010】
そこで、本発明においては、前記ったり、前記面実装型LED素子1を形成するに当たり、短波長の光による劣化を生じる可能性が高い樹脂部材など有機部材の使用をなくするものであり、本発明では前記した樹脂部材に換えてケース3はセラミックで形成され、LEDチップ2を外気から封止するための透明な充填用部材4としては低融点ガラスが採用されている。
【0011】
前記ケース3は例えばアルミナを原料とするセラミックなどで、LEDチップ2を収納する凹部3aを有する略箱状に形成されている。また、前記ケース3には、このケース3を回路基板などにハンダリフローなどの手段により取付けると共に前記LEDチップ2の電気的接続を行わせるためのリードフレーム3bも組み付けられている。
【0012】
上記のように形成されたケース3には、先ず凹部3a側からリードフレーム3bにLEDチップ2のマウントが行われる。そして、この第一実施形態ではマウントが行われたLEDチップ2に対して蛍光体5での被覆が行われるが、このときに前記蛍光体5は、低融点ガラスをバインダー6とする状態で塗布され、加熱が行われる。
【0013】
以上により、前記LEDチップ2には蛍光体5により発光面の全てが覆われるものとなり、このLEDチップ2を点灯するときには、LEDチップ2から直射放射される光である青色光と、青色光が蛍光体5を励起することで生じる黄色光とが混合されるものとなる。よって、前記バインダー6中に混和する蛍光体5の量を適正化すれば、合成色として白色光が得られるものとなる。
【0014】
ここで、上記のようにLEDチップ2を必要量の蛍光体5で覆うときには、前記ケース3の凹部3aには充填が行われない空隙を生じているものとなるのが通常である。そこで、この第一実施形態では、前記した空隙に充填用部材4としての低融点ガラスを充填するものであり、この充填用部材4も充填後には加熱、溶融が行われて前記LEDチップ2の封止が行われる。
【0015】
以上の構成としたことで、LEDチップ2から放射される短波長である青色光が透過、又は、達するところは、金属、セラミック、ガラスなど全て無機物となり、活性の高い短波長の可視光線、紫外線などによっても透過率、反射率に対し悪影響を及ぼす光学特性上の劣化を短時間に生じることなく、また、脆化など機械的劣化も早急に生じることがなくなる。
【0016】
即ち、本発明によれば、前記LEDチップ2が青色発光、或いは、紫外発光など発光色が短波長化されたときにも、LEDチップ2を封止するための充填用部材4が短時間の使用で黄変し明るさが低下したり、或いは、ケース3がの脆化して封止性能が低下しLEDチップ2が劣化して短寿命化するなどを防止できるものとなり、LEDチップ2本来の長寿命である特徴が発揮できるものとなる。
【0017】
図2は本発明に係る面実装型LED素子1の第二実施形態であり、前の第一実施形態では蛍光体5はバインダー6に混和された状態でLEDチップ2にほぼ一定の厚みとして塗布され、よって、LEDチップ2から何れの方向に放射される光もほぼ同じ厚さの蛍光体5の層を透過するものとされていた。
【0018】
従って、第一実施形態の場合は、LEDチップ2から直接に外部に放射される青色光と、蛍光体を励起することで得られる黄色光との割合を何れの方向に対しても一定に保ちやすく、YAG蛍光体を採用して白色光を得る方式の面実装型LED素子1に適するものとなる。
【0019】
これに対して、第二実施形態のものではLEDチップ2から放射される光の方向により蛍光体5が混和された充填用部材4中を透過する距離に相当の差があるものとなり、例えば透過する距離が短い場合には青色光の割合が多く、距離が長い場合には黄色光の割合が多く凹部3a全面を見る場合には色ムラを感じるものとなる。
【0020】
但し、蛍光体5が三原色蛍光体であって、前記LEDチップ2からの光の全てを蛍光体5に吸収させ、R(赤)、G(緑)、B(青)の三原色の混合としての白色を得る場合には、必要充分な量の蛍光体5を使用することができると共に、凹部3aに対する充填用部材4の充填作業が一度で良いものとなり、作業工程が簡素化する。
【0021】
図3に示すものは、本発明に係る面実装型LED素子1の第三実施形態であり、この第三実施形態では蛍光体5はケース3の凹部3aの内面に塗布されており、LEDチップ2がマウントされた後には、前記凹部3aには充填用部材4としての低融点ガラスのみが充填され、そして加熱が行われて前記LEDチップ2の封止が行われている。
【0022】
このようにすることで、LEDチップ2から放射される一部の光、即ち、青色光は直接に外部へ放射され、他の大部分の光は一旦凹部3aの内面に塗布された蛍光体5に当接し励起した光、即ち、黄色光として外部に放射されるものとなるので、総合の照射光としては白色光が得られるものとなる。
【0023】
よって、この第三実施形態では、前記蛍光体5は反射光のみで黄色光を放射するものとなるので、前の第一、第二実施形態のように、LEDチップ2からの光に対する透過率を考慮する必要はなく、凹部3aの内面に適宜な厚さとして付着していれば良いものとなり作業が簡素化する。但し、点灯時に面実装型LED素子1を見るとLEDチップ2が直視されるので青色を強く感じるものとなる。
【0024】
図4は、本発明に係る面実装型LED素子1の第四実施形態であり、この第四実施形態では、前記LEDチップ2がマウントされた凹部3aに対しては蛍光体5を添加することのない充填用部材4とした低融点ガラスが充填され、これによりLEDチップ2の封止が行われている。
【0025】
そして、この第四実施形態においては、前記充填用部材4の表面に、例えば同じ低融点ガラスをバインダー6とした蛍光体5を層状に塗布するものであり、このようにすることで前の第三実施形態のように前記LEDチップ2が直接に見えることを防止し、点灯時に面実装型LED素子1を直接に見る場合でもほぼ白色に輝いて見えるものとし、観視者に違和感を生じるのを防止する。
【0026】
図5は本発明の第五実施例を示すものであり、上記に説明した第一実施形態〜第四実施形態では、前記面実装型LED素子1は何れも1個のLEDチップ2がマウントされているものとして説明したが、本発明はこれを限定するものではなく、図5に第四実施形態に2個のLEDチップ2を採用したときの例で示したように、何れの実施形態においても複数のLEDチップ2をマウントし面実装型LED素子1を構成するのは自在である。
【0027】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有する発光波長の短いLEDチップを採用する面実装型LED素子において、セラミックで形成されたケース、低融点ガラスをバインダーとする蛍光体、および、低融点ガラスによる充填部材など無機素材化することで、短波長化によりケース用部材、封止用部材などが劣化し、例えばLEDチップ、蛍光体など主要部が寿命に至らない時点で、ケース、封止用充填部材などが劣化し使用に耐えなくなることをなくし、この種の発光色が短波長化された面実装型LED素子の延命に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る面実装型LED素子の第一実施形態を示す断面図である。
【図2】同じく本発明に係る面実装型LED素子の第二実施形態を示す断面図である。
【図3】同じく第三実施形態を示す断面図である。
【図4】同じく第四実施形態を示す断面図である。
【図5】同じく第五実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1……面実装型LED素子
2……LEDチップ
3……ケース
3a……凹部
3b……リードフレーム
4……充填用部材
5……蛍光体
6……バインダー
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に取付けが行われるLED素子の構成に関するものであり、詳細には、面実装型と称されて、前記回路基板に取付穴を設けることなく取り付けを可能とする構成とされたLED素子に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の波長変換部を用いたLED素子(発光装置)としては、青色の発光を行なうLEDチップと、青色光を黄色に変換するYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の蛍光体とを組合わせた白色発光のLEDが知られている、また、紫外光の発光を行なうLEDチップと白色発光の蛍光体とを組合わせる白色発光のLEDランプも提案されている。(例えば特許文献1参照)
【0003】
【特許文献1】
特開平10−242513号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の構成のLED素子において、発光色に白色が要求される場合には、LEDチップに窒化ガリウム系化合物半導体などから成る活性層を有し、発光色としては青色発光が行われるものとすると共に、ケース93をエポキシ樹脂などで形成する際にYAG系蛍光体の適量を混和しておき、前記LEDチップ91からの青色発光によりYAG系蛍光体に黄色発光を行わせ、総合として白色光を得るものとしている。
【0005】
このときに、前記LEDチップが発光する光は波長が短く、有機の素材などに対する活性度が強いものであるので、ケース、充填剤など樹脂部品は黄変による透明度の低下など劣化を生じ易く、LEDチップには何らの劣化も生じていない状態であるにもかかわらず、例えば1000時間程度の使用において、光量が半減し使用不能となる問題点を生じている。また、上記した透明度の低下と共に、LEDチップ91からの発熱によりケース93など樹脂部品の強度が低下し破損などの要因となる問題点も生じている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するLEDチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記LEDチップにはこのLEDチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が周囲に塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型LED素子を提供することで課題を解決するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図1に示すものは本発明に係る面実装型LED素子1の第一実施形態であり、本発明においては、LEDチップ2は窒化ガリウム系化合物半導体で活性層が形成されるものであり、青色〜近紫外など短波長寄りの光を発するものとなっている。
【0008】
また、本発明の面実装型LED素子1においては、YAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)系として前記LEDチップ2からの光により励起され黄色光を発する蛍光体5が用いられ、前記LEDチップ2からの青色光との合成色として白色光を得るものである点は従来例のものと同様である。
【0009】
よって、例えばLEDチップ2をエポキシ樹脂など透明樹脂で封止を行うときには、LEDチップからの光により黄変を生じるなどして透明度が低下し、比較的に短時間、例えば1000時間程度で使用に耐えないものとなるなどの問題を生じる可能性があり、また、不透明な部分においても強度の低下などにより封止性能が低下しLEDチップ2の劣化を招く危険性を含むものである。
【0010】
そこで、本発明においては、前記ったり、前記面実装型LED素子1を形成するに当たり、短波長の光による劣化を生じる可能性が高い樹脂部材など有機部材の使用をなくするものであり、本発明では前記した樹脂部材に換えてケース3はセラミックで形成され、LEDチップ2を外気から封止するための透明な充填用部材4としては低融点ガラスが採用されている。
【0011】
前記ケース3は例えばアルミナを原料とするセラミックなどで、LEDチップ2を収納する凹部3aを有する略箱状に形成されている。また、前記ケース3には、このケース3を回路基板などにハンダリフローなどの手段により取付けると共に前記LEDチップ2の電気的接続を行わせるためのリードフレーム3bも組み付けられている。
【0012】
上記のように形成されたケース3には、先ず凹部3a側からリードフレーム3bにLEDチップ2のマウントが行われる。そして、この第一実施形態ではマウントが行われたLEDチップ2に対して蛍光体5での被覆が行われるが、このときに前記蛍光体5は、低融点ガラスをバインダー6とする状態で塗布され、加熱が行われる。
【0013】
以上により、前記LEDチップ2には蛍光体5により発光面の全てが覆われるものとなり、このLEDチップ2を点灯するときには、LEDチップ2から直射放射される光である青色光と、青色光が蛍光体5を励起することで生じる黄色光とが混合されるものとなる。よって、前記バインダー6中に混和する蛍光体5の量を適正化すれば、合成色として白色光が得られるものとなる。
【0014】
ここで、上記のようにLEDチップ2を必要量の蛍光体5で覆うときには、前記ケース3の凹部3aには充填が行われない空隙を生じているものとなるのが通常である。そこで、この第一実施形態では、前記した空隙に充填用部材4としての低融点ガラスを充填するものであり、この充填用部材4も充填後には加熱、溶融が行われて前記LEDチップ2の封止が行われる。
【0015】
以上の構成としたことで、LEDチップ2から放射される短波長である青色光が透過、又は、達するところは、金属、セラミック、ガラスなど全て無機物となり、活性の高い短波長の可視光線、紫外線などによっても透過率、反射率に対し悪影響を及ぼす光学特性上の劣化を短時間に生じることなく、また、脆化など機械的劣化も早急に生じることがなくなる。
【0016】
即ち、本発明によれば、前記LEDチップ2が青色発光、或いは、紫外発光など発光色が短波長化されたときにも、LEDチップ2を封止するための充填用部材4が短時間の使用で黄変し明るさが低下したり、或いは、ケース3がの脆化して封止性能が低下しLEDチップ2が劣化して短寿命化するなどを防止できるものとなり、LEDチップ2本来の長寿命である特徴が発揮できるものとなる。
【0017】
図2は本発明に係る面実装型LED素子1の第二実施形態であり、前の第一実施形態では蛍光体5はバインダー6に混和された状態でLEDチップ2にほぼ一定の厚みとして塗布され、よって、LEDチップ2から何れの方向に放射される光もほぼ同じ厚さの蛍光体5の層を透過するものとされていた。
【0018】
従って、第一実施形態の場合は、LEDチップ2から直接に外部に放射される青色光と、蛍光体を励起することで得られる黄色光との割合を何れの方向に対しても一定に保ちやすく、YAG蛍光体を採用して白色光を得る方式の面実装型LED素子1に適するものとなる。
【0019】
これに対して、第二実施形態のものではLEDチップ2から放射される光の方向により蛍光体5が混和された充填用部材4中を透過する距離に相当の差があるものとなり、例えば透過する距離が短い場合には青色光の割合が多く、距離が長い場合には黄色光の割合が多く凹部3a全面を見る場合には色ムラを感じるものとなる。
【0020】
但し、蛍光体5が三原色蛍光体であって、前記LEDチップ2からの光の全てを蛍光体5に吸収させ、R(赤)、G(緑)、B(青)の三原色の混合としての白色を得る場合には、必要充分な量の蛍光体5を使用することができると共に、凹部3aに対する充填用部材4の充填作業が一度で良いものとなり、作業工程が簡素化する。
【0021】
図3に示すものは、本発明に係る面実装型LED素子1の第三実施形態であり、この第三実施形態では蛍光体5はケース3の凹部3aの内面に塗布されており、LEDチップ2がマウントされた後には、前記凹部3aには充填用部材4としての低融点ガラスのみが充填され、そして加熱が行われて前記LEDチップ2の封止が行われている。
【0022】
このようにすることで、LEDチップ2から放射される一部の光、即ち、青色光は直接に外部へ放射され、他の大部分の光は一旦凹部3aの内面に塗布された蛍光体5に当接し励起した光、即ち、黄色光として外部に放射されるものとなるので、総合の照射光としては白色光が得られるものとなる。
【0023】
よって、この第三実施形態では、前記蛍光体5は反射光のみで黄色光を放射するものとなるので、前の第一、第二実施形態のように、LEDチップ2からの光に対する透過率を考慮する必要はなく、凹部3aの内面に適宜な厚さとして付着していれば良いものとなり作業が簡素化する。但し、点灯時に面実装型LED素子1を見るとLEDチップ2が直視されるので青色を強く感じるものとなる。
【0024】
図4は、本発明に係る面実装型LED素子1の第四実施形態であり、この第四実施形態では、前記LEDチップ2がマウントされた凹部3aに対しては蛍光体5を添加することのない充填用部材4とした低融点ガラスが充填され、これによりLEDチップ2の封止が行われている。
【0025】
そして、この第四実施形態においては、前記充填用部材4の表面に、例えば同じ低融点ガラスをバインダー6とした蛍光体5を層状に塗布するものであり、このようにすることで前の第三実施形態のように前記LEDチップ2が直接に見えることを防止し、点灯時に面実装型LED素子1を直接に見る場合でもほぼ白色に輝いて見えるものとし、観視者に違和感を生じるのを防止する。
【0026】
図5は本発明の第五実施例を示すものであり、上記に説明した第一実施形態〜第四実施形態では、前記面実装型LED素子1は何れも1個のLEDチップ2がマウントされているものとして説明したが、本発明はこれを限定するものではなく、図5に第四実施形態に2個のLEDチップ2を採用したときの例で示したように、何れの実施形態においても複数のLEDチップ2をマウントし面実装型LED素子1を構成するのは自在である。
【0027】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有する発光波長の短いLEDチップを採用する面実装型LED素子において、セラミックで形成されたケース、低融点ガラスをバインダーとする蛍光体、および、低融点ガラスによる充填部材など無機素材化することで、短波長化によりケース用部材、封止用部材などが劣化し、例えばLEDチップ、蛍光体など主要部が寿命に至らない時点で、ケース、封止用充填部材などが劣化し使用に耐えなくなることをなくし、この種の発光色が短波長化された面実装型LED素子の延命に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る面実装型LED素子の第一実施形態を示す断面図である。
【図2】同じく本発明に係る面実装型LED素子の第二実施形態を示す断面図である。
【図3】同じく第三実施形態を示す断面図である。
【図4】同じく第四実施形態を示す断面図である。
【図5】同じく第五実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1……面実装型LED素子
2……LEDチップ
3……ケース
3a……凹部
3b……リードフレーム
4……充填用部材
5……蛍光体
6……バインダー
Claims (5)
- 窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するLEDチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記LEDチップにはこのLEDチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が周囲に塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型LED素子。
- 窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するLEDチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記凹部の空隙には前記LEDチップからの光で励起する蛍光体を混和、分散した低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型LED素子。
- 窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するLEDチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記凹部の内面には前記LEDチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型LED素子。
- 窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するLEDチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填され、前記低融点ガラスの外表面には前記LEDチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が塗布されていることを特徴とする面実装型LED素子。
- 前記ケースの凹部にマウントされる前記LEDチップが複数であることを特徴とする請求項1〜請求項4何れかに記載の面実装型LED素子。
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