JP2005109085A - 発光ダイオード - Google Patents

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Abstract

【課題】 蛍光体の熱劣化を抑制できると共に、蛍光体を十分に励起させることのできる高輝度なＬＥＤを実現する。
【解決手段】 ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム12に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ14を形成し、該リフレクタ14の底面上に、紫外光を発光するＬＥＤチップ16をダイボンドにより接続固定し、また、上記ＬＥＤチップ16の表面を透光性を備えたコーティング材22で被覆・封止すると共に、該コーティング材22中に、ＬＥＤチップ16から放射される紫外光を黄色可視光に変換するα型窒化珪素蛍光体24と、ＬＥＤチップ16から放射される紫外光を青色可視光に変換する酸化物蛍光体26を分散状態で多数混入した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）と蛍光体とを備え、白色光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。
図３に示すように、この種従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）60は、発光ダイオードチップ搭載用の第１のリードフレーム62に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ64を形成し、該リフレクタ64の底面に、青色可視光を発光する発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）66をダイボンドすることにより、上記第１のリードフレーム62と、ＬＥＤチップ66底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム68と、上記ＬＥＤチップ66上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ70を介して電気的に接続して成る。
上記ＬＥＤチップ66の上面及び側面は、リフレクタ64内に充填された透光性エポキシ樹脂等のコーティング材72によって被覆・封止されている。
また、上記コーティング材72中には、ＬＥＤチップ66の発光を黄色可視光に変換するＹＡＧ蛍光体74が分散状態で多数混入されている。
さらに、コーティング材72で被覆された上記ＬＥＤチップ66、第１のリードフレーム62の先端部62ａ及び端子部62ｂの上端、第２のリードフレーム68の先端部68ａ及び端子部68ｂの上端は、エポキシ樹脂等より成り、先端に凸レンズ部76を有する透光性の外囲器78によって被覆・封止されている。
而して、上記第１のリードフレーム62及び第２のリードフレーム68を介してＬＥＤチップ66に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ66が発光して青色可視光が放射される。また、ＬＥＤチップ66の発光を受けてＹＡＧ蛍光体74から黄色可視光が放射される。そして、ＬＥＤチップ66から放射された青色可視光とＹＡＧ蛍光体74から放射された黄色可視光とが混色することにより白色光が得られ、該白色光が外囲器78の凸レンズ部76によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
上記従来のＬＥＤ60は、ＬＥＤチップ16から放射される青色可視光でＹＡＧ蛍光体74を励起させ、ＬＥＤチップ66の青色可視光とＹＡＧ蛍光体74の黄色可視光とを混色させて白色光を得ているが、ＹＡＧ蛍光体74は、耐熱性が必ずしも十分とはいえないため、ＬＥＤチップ66の発熱により熱劣化してＬＥＤ60の輝度低下を生じることがあった。
また、ＬＥＤチップ16から放射される青色可視光は、紫外光に比べてエネルギが小さいため、ＹＡＧ蛍光体26を十分に励起させることができず、ＹＡＧ蛍光体26から放射される黄色可視光の発光強度が小さかった。
この発明は、従来の上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、蛍光体の熱劣化を抑制できると共に、蛍光体を十分に励起させることのできる高輝度なＬＥＤを実現することにある。
上記の目的を達成するため、この発明に係る発光ダイオードは、紫外光を発光するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップから発光される紫外光で励起されて、黄色系の可視光を放射するα型窒化珪素蛍光体と青色系の可視光を放射する酸化物蛍光体とを備え、上記黄色系可視光と青色系可視光とを混色させて白色光を放射するよう構成されていることを特徴とする。
基体の一面上に上記ＬＥＤチップを配置し、該ＬＥＤチップをコーティング材で被覆すると共に、該コーティング材中に、上記α型窒化珪素蛍光体と酸化物蛍光体を混入して上記発光ダイオードを構成することができる。
尚、基体としては、例えば、リードフレームが該当し、この場合、リードフレームに設けた凹部内面を反射面と成して形成したリフレクタの底面上に、上記ＬＥＤチップを配置すると共に、該ＬＥＤチップを、上記リフレクタ内に充填したコーティング材で被覆すれば良い。
上記酸化物蛍光体としては、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ５(ＰＯ4)３Ｃｌ：Ｅｕ、(ＳｒＣａＢａ)３(ＰＯ４)６Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ２Ｏ５・Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ、(ＢａＣａ)５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ、(ＳｒＣａＭｇ)１０(ＰＯ４)６Ｃｌ２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１６：Ｅｕ、ＳｒＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ,Ｄｙ、ＳｒＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ,Ｎｄ、ＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０(ＰＯ４)Ｃｌ２：Ｅｕ、(ＳｒＭｇ)２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ青色蛍光体の何れか１種以上を用いることができる。
本発明に係る発光ダイオードは、従来のＹＡＧ蛍光体に代えて、耐熱性に優れたα型窒化珪素蛍光体を用い、α型窒化珪素蛍光体から放射される黄色系可視光と、酸化物蛍光体2ら放射される青色系可視光とを混色させて白色光を実現しており、耐熱性に優れたα型窒化珪素蛍光体を使用している分、蛍光体の熱劣化を抑制できる。
また、紫外光を発光するＬＥＤチップを用い、エネルギの大きい紫外光でα型窒化珪素蛍光体及び酸化物蛍光体を励起しているので、α型窒化珪素蛍光体及び酸化物蛍光体を十分に励起させることができ、発光ダイオードの輝度向上を実現できる。
以下、図面に基づき、本発明に係るＬＥＤの実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る第１のＬＥＤ10を示す模式的に示す概略断面図であり、この第１のＬＥＤ10は、ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム12の先端部12ａに、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ14を形成し、該リフレクタ14の底面上に、紫外光を発光するＬＥＤチップ16をＡｇペースト等を介してダイボンドにより接続固定し、以て、上記第１のリードフレーム12と、ＬＥＤチップ16底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム18の先端部18ａと、上記ＬＥＤチップ16上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ20を介して電気的に接続して成る。
上記ＬＥＤチップ16は、３６０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の紫外光を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶で構成されている。
また、上記第１のリードフレーム12、第２のリードフレーム18は、銅、銅亜鉛合金、鉄ニッケル合金等により構成される。
上記ＬＥＤチップ16の上面及び側面は、リフレクタ14内に充填されたコーティング材22によって被覆・封止されている。該コーティング材22は、透光性を有するシリコン樹脂で構成されている。
また、上記コーティング材22中には、ＬＥＤチップ16から放射される紫外光を約５５０ｎｍ〜約５９０ｎｍ程度の黄色系の可視光（以下、黄色可視光と称する）に変換するα型窒化珪素蛍光体24と、ＬＥＤチップ16から放射される紫外光を約４１０ｎｍ〜約４９０ｎｍ程度の青色系の可視光（以下、青色可視光と称する）に変換する酸化物蛍光体26が分散状態で多数混入されている。
上記α型窒化珪素蛍光体24は、一般式ＭＸ(Ｓｉ，Ａｌ)１２(Ｎ，Ｏ)１６の如く表され、Ｍは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、ランタニド金属（Ｌａ、Ｃｅを除く）等である。このα型窒化珪素蛍光体24は、Ｓｉ３Ｎ４−ＡｌＮ−金属酸化物系の混合粉末を高温加熱することにより得られるものであり、耐熱性及び耐候性に優れている。
このα型窒化珪素蛍光体24の具体的組成としては、例えば、ＳｉＡｌＯＮ：Ｔｂ,Ｃｅ、ＣａＡｌＳｉＮ：Ｅｕ２＋等が該当する。
ＬＥＤチップ16の紫外光を青色可視光に変換する上記酸化物蛍光体26としては、例えば、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ５(ＰＯ4)３Ｃｌ：Ｅｕ、(ＳｒＣａＢａ)３(ＰＯ４)６Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ２Ｏ５・Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ、(ＢａＣａ)５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ、(ＳｒＣａＭｇ)１０(ＰＯ４)６Ｃｌ２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１６：Ｅｕ、ＳｒＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ,Ｄｙ、ＳｒＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ,Ｎｄ、ＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０(ＰＯ４)Ｃｌ２：Ｅｕ、(ＳｒＭｇ)２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ青色蛍光体等が該当し、これらを単独又は２種以上を混合して用いることができる。
上記コーティング材22で被覆されたＬＥＤチップ16、第１のリードフレーム12の先端部12ａ及び端子部12ｂの上端、第２のリードフレーム18の先端部18ａ及び端子部18ｂの上端は、先端に凸レンズ部28を有するシリコン樹脂より成る透光性の外囲器30によって被覆・封止されている。
また、上記第１のリードフレーム12の端子部12ｂ及び第２のリードフレーム18の端子部18ｂの下端は、外囲器30の下端部を貫通して外囲器30外部へと導出されている。
而して、第１のリードフレーム12及び第２のリードフレーム18を介してＬＥＤチップ16に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ16が発光して紫外光が放射される。また、ＬＥＤチップ16の紫外光で励起されて、α型窒化珪素蛍光体24から黄色可視光が放射されると共に、酸化物蛍光体26から青色可視光が放射される。
そして、α型窒化珪素蛍光体24から放射された黄色可視光と、酸化物蛍光体26から放射された青色可視光とが混色することにより白色光が得られ、該白色光が外囲器30の凸レンズ部28によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
本発明の第１のＬＥＤ10にあっては、従来のＹＡＧ蛍光体に代えて、耐熱性に優れた
α型窒化珪素蛍光体24を用い、α型窒化珪素蛍光体24から放射される黄色可視光と、酸化物蛍光体26から放射される青色可視光とを混色させて白色光を実現しており、耐熱性に優れたα型窒化珪素蛍光体24を使用している分、蛍光体の熱劣化を抑制できる。
また、紫外光を発光するＬＥＤチップ16を用い、エネルギの大きい紫外光でα型窒化珪素蛍光体24及び酸化物蛍光体26を励起しているので、α型窒化珪素蛍光体24及び酸化物蛍光体26を十分に励起させることができ、ＬＥＤ10の輝度向上を実現できる。
尚、α型窒化珪素蛍光体24及び酸化物蛍光体26は、共に耐候性に優れているので、ＬＥＤ10が高湿環境下で使用される等して空気中の水分が外囲器30表面からＬＥＤ10内部へ浸入することがあっても、これらα型窒化珪素蛍光体24及び酸化物蛍光体26が水分による劣化を生じることがない。
また、本発明の第１のＬＥＤ10は、コーティング材22及び外囲器30を、エポキシ樹脂等に比べて紫外光に対する強度の大きいシリコン樹脂で構成しているので、ＬＥＤチップ16から発光される紫外光によるコーティング材22及び外囲器30の劣化が抑制され、コーティング材22及び外囲器30の劣化に起因するＬＥＤ10の輝度低下や色調変化を防止することができる。
図２は、本発明に係る表面実装型の第２のＬＥＤ40を示すものである。この第２のＬＥＤ40は、樹脂等より成る略直方体形状の絶縁基板42と、ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム44と、第２のリードフレーム46を備えており、上記第１のリードフレーム44は、上記絶縁基板42の表面から一方の側面を通って裏面に至るまで延設され、また、第２のリードフレーム46は、上記絶縁基板42の表面から他方の側面を通って裏面に至るまで延設されている。上記第１のリードフレーム44と第２のリードフレーム46の先端間及び後端間にはそれぞれ所定の間隙が設けられていて相互に電気絶縁されている。
上記第１のリードフレーム44の先端部には、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部内面を反射面と成して形成したリフレクタ48が設けられており、該リフレクタ48の底面上に、ＬＥＤチップ16をダイボンドにより接続固定することにより、第１のリードフレーム44と、ＬＥＤチップ16底面の一方の電極とが電気的に接続されている。また、第２のリードフレーム46と、上記ＬＥＤチップ16上面の他方の電極とがボンディングワイヤ20を介して電気的に接続されている。
上記ＬＥＤチップ16の上面及び側面は、上記第１のＬＥＤ10と同様に、リフレクタ48内に充填されたコーティング材22によって被覆・封止されると共に、該コーティング材22中には、ＬＥＤチップ16から放射される紫外光を黄色可視光に変換するα型窒化珪素蛍光体24と、ＬＥＤチップ16から放射される紫外光を青色可視光に変換する酸化物蛍光体26が分散状態で多数混入されている。
さらに、上記ＬＥＤチップ16、コーティング材22、絶縁基板42表面に配置された第１のリードフレーム44及び第２のリードフレーム46は、シリコン樹脂より成り、先端に凸レンズ部50を有する透光性の外囲器52によって被覆・封止されている。
上記第２のＬＥＤ40にあっては、第１のリードフレーム44及び第２のリードフレーム46を介してＬＥＤチップ16に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ16が発光して紫外光が放射される。また、ＬＥＤチップ16の紫外光で励起されて、α型窒化珪素蛍光体24から黄色可視光が放射されると共に、酸化物蛍光体26から青色可視光が放射される。
そして、α型窒化珪素蛍光体24から放射された黄色可視光と、酸化物蛍光体26から放射された青色可視光とが混色することにより白色光が得られ、該白色光が外囲器52の凸レンズ部50によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
本発明の第２のＬＥＤ40も、上記第１のＬＥＤ10と同様に、従来のＹＡＧ蛍光体に代えて、耐熱性に優れたα型窒化珪素蛍光体24を用い、α型窒化珪素蛍光体24から放射される黄色可視光と、酸化物蛍光体26から放射される青色可視光とを混色させて白色光を実現しており、耐熱性に優れたα型窒化珪素蛍光体24を使用している分、蛍光体の熱劣化を抑制できる。
また、紫外光を発光するＬＥＤチップ16を用い、エネルギの大きい紫外光でα型窒化珪素蛍光体24及び酸化物蛍光体26を励起しているので、α型窒化珪素蛍光体24及び酸化物蛍光体26を十分に励起させることができ、ＬＥＤ10の輝度向上を実現できる。
さらに、この第２のＬＥＤ40は、絶縁基板42の裏面が平坦面であるため、絶縁基板42裏面に配設された第１のリードフレーム44及び第２のリードフレーム46をハンダ付けすることによって、図示しない回路基板への表面実装が可能である。
本発明に係る第１のＬＥＤを模式的に示す概略断面図である。 本発明に係る第２のＬＥＤを模式的に示す概略断面図である。 従来のＬＥＤを模式的に示す概略断面図である。
符号の説明
10 第１のＬＥＤ
12，44 第１のリードフレーム
14，48 リフレクタ
16 ＬＥＤチップ
18，46 第２のリードフレーム
22 コーティング材
24 α型窒化珪素蛍光体
26 酸化物蛍光体
30，52 外囲器
40 第２のＬＥＤ

Claims (3)

  1. 紫外光を発光するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップから発光される紫外光で励起されて、黄色系の可視光を放射するα型窒化珪素蛍光体と青色系の可視光を放射する酸化物蛍光体とを備え、上記黄色系可視光と青色系可視光とを混色させて白色光を放射するよう構成されていることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 基体の一面上に上記ＬＥＤチップを配置し、該ＬＥＤチップをコーティング材で被覆すると共に、該コーティング材中に、上記α型窒化珪素蛍光体と酸化物蛍光体を混入したことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 上記酸化物蛍光体が、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ５(ＰＯ4)３Ｃｌ：Ｅｕ、(ＳｒＣａＢａ)３(ＰＯ４)６Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ２Ｏ５・Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ、(ＢａＣａ)５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ、(ＳｒＣａＭｇ)１０(ＰＯ４)６Ｃｌ２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１６：Ｅｕ、ＳｒＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ,Ｄｙ、ＳｒＡｌ１２Ｏ１９：Ｅｕ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ,Ｎｄ、ＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０(ＰＯ４)Ｃｌ２：Ｅｕ、(ＳｒＭｇ)２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ青色蛍光体の何れか１種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
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