JP2006032500A

JP2006032500A - 発光ダイオードランプ及び発光ダイオードランプ製造方法

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Publication number: JP2006032500A
Application number: JP2004206459A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakuma; 健佐久間; Kouji Omichi; 浩児大道
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: JP4583826B2

Abstract

【課題】樹脂の劣化が抑制され、長寿命化された発光ダイオードランプと、この発光ダイオードランプの製造方法を提供する。
【解決手段】蛍光体１１が分散された蛍光体分散部材１２を発光ダイオード素子９と樹脂１３の間に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に照明に用いられる発光ダイオードランプに関し、特に、発光ダイオードランプの長寿命化に関する。

紫外光を発する発光ダイオードと、この紫外光により励起され、これにより蛍光を発する蛍光体とからなる発光ダイオードランプは、照明機器として有用である（例えば、特許文献1を参照のこと）。

図５は、上記の発光ダイオードランプの一例を示す図であり、その断面を示している。
発光ダイオードランプ１０１は、アルミナセラミックス基板１０２と、電極パターン１０３及び１０４と、リードワイヤ１０５及び１０６と、空間部１０７が設けられた側面部材１０８と、発光ダイオード素子１０９と、ボンディングワイヤ１１０と、蛍光体１１１と、蛍光体１１１が分散された樹脂１１２とからなる。

蛍光体１１１は、発光ダイオード素子から発せられた紫外光により励起され、赤色光を発する赤色蛍光体と、同じく紫外光により励起され、緑色光を発する緑色蛍光体と、同じく紫外光により励起され、青色光を発する青蛍光体とからなり、これらの赤色光、緑色光及び青色光が混色することにより白色光が発せられる。
特開２００２−３１４１４２号公報

しかしながら、上記のような白色発光ダイオードには、樹脂が紫外光の照射により劣化してしまうという問題がある。特に、エポキシ樹脂等では、数十時間程度で顕著な透過率の低下がみられ、樹脂の劣化が発光ダイオードランプの部品としての寿命を左右する。

このような事情により本発明は、樹脂の劣化が抑制され、長寿命化された発光ダイオードランプと、この発光ダイオードランプの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、紫外光を発する発光ダイオード素子と、紫外光により励起され、これにより可視光を発する蛍光体と、可視光を透過する樹脂と、低融点ガラス製であり、蛍光体が分散され、発光ダイオード素子と樹脂との間に設けられた蛍光体分散部材とを有することを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、蛍光体分散部材を透過し、樹脂に照射される紫外光の単位面積あたりの光量は、蛍光体分散部材に照射される紫外光の単位面積あたりの光量の１００分の１以下であることを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の発明において、蛍光体分散部材は、ドーム状であり、その頂部は外縁部より厚いことを要旨とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、蛍光体分散部材は、蛍光体を分散させた第１の層と、低融点ガラスのみにより形成された第２の層とからなることを要旨とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、蛍光体分散部材と樹脂との間に配置され、紫外光を蛍光体分散部材に向けて反射させる薄膜を有することを要旨とする。

請求項６に記載の本発明は、２個以上の電極が設けられた基板上に紫外光を発する発光ダイオード素子を固定し、電極と発光ダイオード素子とを電気的に接続する工程と、紫外光により励起され、これにより可視光を発する蛍光体が分散された低融点ガラス製の蛍光体分散部材により発光ダイオード素子を包囲する工程と、可視光を透過する樹脂により蛍光体分散部材を被覆し、樹脂を硬化させる工程とを有することを要旨とする。

請求項７に記載の本発明は、紫外光により励起され、これにより可視光を発する蛍光体が分散された低融点ガラス製の蛍光体分散部材の外周面上に、紫外光を蛍光体分散部材に向けて反射させる薄膜を設ける工程と、２個以上の電極が設けられた基板上に紫外光を発する発光ダイオード素子を固定し、電極と発光ダイオード素子とを電気的に接続する工程と、蛍光体分散部材により発光ダイオード素子を包囲する工程と、可視光を透過する樹脂により薄膜を被覆し、樹脂を硬化させる工程とを有することを要旨とする。

請求項８に記載の本発明は、請求項６又は７に記載の発明において、蛍光体分散部材を微量の接着剤により仮固定する工程を有することを要旨とする。

本発明によれば、封止樹脂の劣化を抑制し、発光ダイオードランプの長寿命化を実現することができる。

以下、本発明の発光ダイオードランプ及び発光ダイオードランプ製造方法について説明するが、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。また、以下の実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施例（実施例１）に係る発光ダイオードランプ１ａの断面図であり、図２は、この発光ダイオードランプ１ａの斜視図である。
発光ダイオードランプ１ａは、アルミナセラミックス基板２と、電極パターン３及び４と、リードワイヤ５及び６と、空間部７が設けられた側面部材８と、発光ダイオード素子９と、ボンディングワイヤ１０と、蛍光体１１と、蛍光体分散部材（低融点ガラス層）１２と、樹脂１３とからなる。

アルミナセラミックス基板２は、四角形であり、可視光線の反射率が高い。
このアルミナセラミックス基板２の表面上には、スパッタリングにより２本の電極パターン３及び４が形成されている。この電極パターン３及び４の厚さは数μｍ程度であり、これらとアルミナセラミックス基板２との間に段差はほとんど存在しない。

また、電極パターン３にはリードワイヤ５が高融点ハンダ等により接続され、電極パターン４にはリードワイヤ６が同じく高融点ハンダ等により接続されている。

また、電極パターン３の端部はアルミナセラミックス基板２の中央部に位置しており、その上に紫外光を発する発光ダイオード素子９が載置され、固定されている。

これにあたっては、発光ダイオード素子９の下部に設けられた電極（図示せず）と電極パターン３とが導電性ペーストにより電気的に接続される。

また、発光ダイオード素子９の上部に設けられた電極（図示せず）ともう一方の電極パターン４とがボンディングワイヤ１０により電気的に接続されている。

蛍光体分散部材１２は、低融点ガラス製であり、ドーム状、換言すれば中空の楕円球体を半分にしたキャップ形状を有しており、この中に蛍光体１１が分散されている。

また、発光ダイオードランプ１ａの上方（図１上方）へ放射される強い紫外光を十分低減するために、その頂部が厚く外縁部が薄くなっている。

上記の蛍光体分散部材１２は、アルミナセラミックス基板２上に載置され、発光ダイオード素子９及びボンディングワイヤ１０を包囲している。

また、蛍光体１１は、発光ダイオード素子９から発せられた紫外光により励起され、赤色光を発する赤色蛍光体と、同じく紫外光により励起され、緑色光を発する緑色蛍光体と、同じく紫外光により励起され、青色光を発する青蛍光体とからなり、これらの赤色光、緑色光及び青色光が混色することにより白色光が発せられる。

また、アルミナセラミックス基板２上には中央に空間部７が設けられた側面部材８が固定されている。

この空間部７は、発光ダイオード素子９、ボンディングワイヤ１０及び蛍光体分散部材１２を収容するためのものであり、内壁面は傾斜している。これは、光を前方に取り出すための反射面であって、曲面形状は光の反射方向を考慮して決定される。

また、少なくとも反射面を構成する面は、白色または金属光沢を持った可視光線反射率が高い材料製となっている。なお、本実施例では、側面部材８を白色のシリコーン樹脂によって作製した。

樹脂１３は、空間部７に充填され、蛍光体分散部材１２を被覆している。
なお、この樹脂１３は透明、つまり可視光を透過する樹脂であり、エポキシ樹脂等が用いられる。

次に、上記の蛍光体１１及び蛍光体分散部材１２の製造方法について説明する。
蛍光体１１を調製するにあたっては、これが適切な白色光を発するように上記の赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色発光蛍光体の３種を適量混合する。

蛍光体分散部材１２に用いることが可能な低融点ガラスに関しては、融点が４００〜５００℃程度のものが多種市販されており、融点が４００℃以下のものもある。

これらの一例としては、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂ −Ｂ₂ Ｏ₃ 系ガラスやＰｂＯ−Ｐ₂ Ｏ₅ −ＳｎＦ₂ 系ガラスが挙げられる。

これらの低融点ガラスの中には粉末状態で提供されているものもあり、本件実施例では、この粉末状低融点ガラスをあらかじめ上記の３種の蛍光体粉末とよく混ぜ、凹状と凸状の金型の間に充填してから炉で溶融し、冷却することによって上記の形状を有する低融点ガラスキャップを作製する。

また、蛍光体分散部材の端部、つまりアルミナセラミックス基板２、電極パターン３及び４と接する部分には、研削加工及び研磨加工によって平坦化した。

また、上記の金型の形状・寸法等は、これによって作製される蛍光体分散部材１２の頂部が厚く、外縁部が薄くなるよう調整されている。

なお、蛍光体分散部材１２の内部は、発光ダイオード素子９の腐食等を防止するための乾燥窒素が充填されていることが望ましい。

次に、発光ダイオードランプ１ａの製造方法について説明する。
まず、第１の工程として、アルミナセラミックス基板２上に発光ダイオード素子９を載置し、これと電極パターン３及び４とを電気的に接続する。

次に、第２の工程として、アルミナセラミックス基板２上に蛍光体分散部材を載置し、これにより発光ダイオード素子９等を包囲する。

次に、第３の工程として、樹脂１３により蛍光体分散部材１２を被覆し、この樹脂１３を硬化させる。これにより、蛍光体分散部材１２は、空間部７内で完全に固定される。
なお、この第３の工程は、窒素が充填された空間内で行うことが望ましい。

また、第２の工程と第３の工程との間に、微量の接着剤により蛍光体分散部材１２を仮固定する工程を設けてもよい。

なお、この際、紫外光硬化型接着剤等を用いるとさらに作業が簡便化され、作業時間が短縮できる。

また、蛍光体分散部材１２とアルミナセラミックス基板２との間に接着剤あるいは樹脂１３が侵入する可能性もあり、この部分は発光ダイオード素子９から発せられた紫外光により劣化することが予想される。しかし、仮にこの部分の透過率が低下しても発光ダイオードランプ１ａの性能に影響はない。

以上の発光ダイオードランプ１ａにおいては、発光ダイオード素子９から発せられる紫外光のほとんどは蛍光体１１を分散させた蛍光体分散部材１２により吸収される。

また、蛍光体１１の量及び蛍光体分散部材１２の厚さは適切化されているため、これを透過してその外側の樹脂１３に到達する紫外光の量（紫外光量）は、発光ダイオード素子９から発せられた当初の光量に対してほぼマイナス２０ｄＢ以下（１／１００以下）にまで低減することができる。

これにより、樹脂１３の劣化に起因する透過度の低下を劇的に低減することが可能となり、発光ダイオードと蛍光体とから構成される照明用発光ダイオードランプの長寿命化を達成することが可能となる。

図３は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係る発光ダイオードランプ１ｂの断面図である。
この発光ダイオードランプ１ｂは、前述の発光ダイオードランプ１ａに変更を加えたものである。

発光ダイオードランプ１ａの蛍光体分散部材１２は、その全体に蛍光体１１が分散されていたが、本実施例における蛍光体分散部材１２は、蛍光体１１が分散させた低融点ガラスからなる第１の層１２ａと、これの外周面上に位置し、蛍光体１１が分散されておらず、低融点ガラスのみからなる第２の層１２ｂとから構成される。

発光ダイオードランプ１ａにおいては、蛍光体分散部材１２を厚くすることによってこれを透過する紫外光の量を低減させていたが、低融点ガラスは石英ガラスとは異なり、可視光は透過するが紫外光は吸収するため、第２の層１２ｂような低融点ガラスのみにより形成された層を設けることによっても蛍光体分散部材１２を透過する紫外光の量を低減させることができる。

なお、この発光ダイオードランプ１ｂと発光ダイオードランプ１ａの差異は上記の点のみであり、その他の部材の機能・構成等に差異はない。

図４は、本発明の第３の実施例（実施例３）に係る発光ダイオードランプ１ｃの断面図である。
この発光ダイオードランプ１ｃは、前述の発光ダイオードランプ１ａに変更を加えたものである。

発光ダイオードランプ１ｃは、蛍光体分散部材１２の外側（外周面上）に薄膜１４が設けられている。

薄膜１４は、ＳｉＯ₂ とＴａ₂ Ｏ₅等からなる誘電体多層膜フィルタであり、蒸着法により形成されている。

上記の薄膜１４を設けることにより、蛍光体分散部材１２を透過する紫外光の量を限りなく０に近づけることが可能となる。

なお、この発光ダイオードランプ１ｃと発光ダイオードランプ１ａの差異は上記の点のみであり、その他の部材の機能・構成等に差異はない。

また、発光ダイオードランプ１ｃを製造するにあたっては、上記の各工程に加えて、薄膜１４を形成させる工程が設けられる。

＜蛍光体について＞
上記の全ての実施例における蛍光体１１のうちの赤色蛍光体としては、例えば以下のものが挙げられる。
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ
Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ_３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）_２Ｏ_３
ＹＶＯ_４：Ｅｕ
Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ

また、緑色蛍光体としては、例えば以下のものが挙げられる。
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ
Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ
Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
ＺｎＳ：Ｃｕ
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｚｎ，Ｍｎ）_２ＳｉＯ_４
ＢａＡｌ_１２Ｏ_１９：Ｍｎ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３：Ｍｎ
ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ
３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ_２Ｏ_３
Ｌａ_２Ｏ_３・０．２ＳｉＯ_２・０．９Ｐ_２Ｏ_５：Ｃｅ，Ｔｂ
ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ

また、青色蛍光体としては、例えば以下のものが挙げられる。
ＺｎＳ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ
Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ_１０Ｏ_１７
１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ_４・Ｃｌ_２
ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２５：Ｅｕ

以上のとおり、本発明の発光ダイオードランプは、低融点ガラス製の蛍光体分散部材を有するため、紫外光による劣化がほとんど生じない。また。紫外光を吸収する蛍光体の層を厚くしているため、発光ダイオード素子から発せられた紫外光の大部分を吸収させることが可能であり、蛍光体層、つまり蛍光体分散部材を透過する紫外光を限りなくゼロとすることができる。

本発明の実施例１に係る発光ダイオードランプの断面図である。図１の発光ダイオードランプの斜視図である。本発明の実施例２に係る発光ダイオードランプの断面図である。本発明の実施例３に係る発光ダイオードランプの断面図である。従来の発光ダイオードランプの断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ発光ダイオードランプ
２アルミナセラミックス基板
３、４電極パターン
５、６リードワイヤ
７空間部
８側面部材
９発光ダイオード素子
１０ボンディングワイヤ
１１蛍光体
１２蛍光体分散部材
１３樹脂
１４薄膜
１０１従来の発光ダイオードランプ
１０２従来例におけるアルミナセラミックス基板
１０３、１０４従来例における電極パターン
１０５、１０６従来例におけるリードワイヤ
１０７従来例における空間部
１０８従来例における側面部材
１０９従来例における発光ダイオード素子
１１０従来例におけるボンディングワイヤ
１１１従来における蛍光体
１１２従来における樹脂

Claims

紫外光を発する発光ダイオード素子と、
前記紫外光により励起され、これにより可視光を発する蛍光体と、
前記可視光を透過する樹脂と、
低融点ガラス製であり、前記蛍光体が分散され、前記発光ダイオード素子と前記樹脂との間に設けられた蛍光体分散部材と
を有することを特徴とする発光ダイオードランプ。
前記蛍光体分散部材を透過し、前記樹脂に照射される前記紫外光の単位面積あたりの光量は、前記蛍光体分散部材に照射される前記紫外光の単位面積あたりの光量の１００分の１以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
前記蛍光体分散部材は、ドーム状であり、その頂部は外縁部より厚い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ランプ。
前記蛍光体分散部材は、
前記蛍光体を分散させた第１の層と、
前記低融点ガラスのみにより形成された第２の層と
からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光ダイオードランプ。
前記蛍光体分散部材と前記樹脂との間に配置され、前記紫外光を該蛍光体分散部材に向けて反射させる薄膜を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光ダイオードランプ。
２個以上の電極が設けられた基板上に紫外光を発する発光ダイオード素子を固定し、前記電極と前記発光ダイオード素子とを電気的に接続する工程と、
前記紫外光により励起され、これにより可視光を発する蛍光体が分散された低融点ガラス製の蛍光体分散部材により前記発光ダイオード素子を包囲する工程と、
前記可視光を透過する樹脂により前記蛍光体分散部材を被覆し、前記樹脂を硬化させる工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードランプ製造方法。
紫外光により励起され、これにより可視光を発する蛍光体が分散された低融点ガラス製の蛍光体分散部材の外周面上に、前記紫外光を該蛍光体分散部材に向けて反射させる薄膜を設ける工程と、
２個以上の電極が設けられた基板上に前記紫外光を発する発光ダイオード素子を固定し、前記電極と前記発光ダイオード素子とを電気的に接続する工程と、
前記蛍光体分散部材により前記前記発光ダイオード素子を包囲する工程と、
前記可視光を透過する樹脂により前記薄膜を被覆し、該樹脂を硬化させる工程と
を有することを特徴とする発光ダイオードランプ製造方法。
前記蛍光体分散部材を微量の接着剤により仮固定する工程を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の発光ダイオードランプ製造方法。