JP2010003791A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの発光を所定波長の光に変換する波長変換用の蛍光物質を担持して成る不織布を備えた発光ダイオードにおいて、不織布への蛍光物質の担持が容易な発光ダイオードを実現する。
【解決手段】ＬＥＤチップ20と、蛍光体28を担持して成る不織布30を備えた発光ダイオードにおいて、上記不織布30を構成する繊維32間に、蛍光体28を保持可能な空隙34を多数形成し、以て、繊維32間の上記空隙34に蛍光体28を保持せしめた。
【選択図】図４

Description

この発明は、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）と、該ＬＥＤチップの発光を所定波長の光に変換する波長変換用の蛍光物質を担持して成る不織布を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）とその製造方法に関する。

出願人は、先に、蛍光体を担持させて成る不織布をＬＥＤチップ上に配置したＬＥＤ（特開２００６−６００９９）や、蛍光体を担持させて成る不織布でＬＥＤチップを覆ったＬＥＤ（特開２００６−１４７９２５）を提案した。
図６は、蛍光体を担持させて成る不織布でＬＥＤチップを覆ったＬＥＤを示すものであり、このＬＥＤ60は、絶縁材料より成る基板62上に、ＬＥＤチップ64を接続・固定して成る。
また、上記基板62の表面から側面を経て裏面にまで延設された一対の外部電極66ａ，66ｂが相互に絶縁された状態で形成されている。

上記ＬＥＤチップ64上面の一方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ68を介して、一方の外部電極66ａに接続されると共に、ＬＥＤチップ64上面の他方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ68を介して、他方の外部電極66ｂに接続されている。

上記ＬＥＤチップ64及びボンディングワイヤ68は、基板62上に載置された蛍光体70を担持して成るドーム状の不織布72で覆われている。
不織布72は、多数の繊維が立体的に絡み合って形成されていることから、単位体積当たりの繊維の表面積が極めて大きいものであり、また、図６に示すように、繊維73間には空隙75が多数形成されているものである。
蛍光体70は、上記不織布72を構成する繊維73の表面に担持されているものである（図６及び図７）。

上記ＬＥＤチップ64及び不織布72は、基板62上に配置された所定高さを備えた枠部材74で囲繞されていると共に、該枠部材74内に透光性材料を充填して形成された透光性の蓋部材76によって封止されている。

上記発光ダイオード60にあっては、一対の外部電極66ａ，66ｂを介してＬＥＤチップ64に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ64が発光して、上記蛍光体70を励起させる紫外線や可視光等の光が放射される。この光が、ＬＥＤチップ64を覆うドーム状の不織布72に担持された蛍光体70に照射され、所定波長の可視光等の光に波長変換された後、透光性の蓋部材76を透過して外部へ放射されるのである。

上記発光ダイオード60は、ＬＥＤチップ64をドーム状の不織布72で覆い、該不織布72を構成する繊維73の表面に蛍光体70を担持せしめたことから、蛍光体70で波長変換される光を、蛍光体70で反射された反射光として取り出すことができる。このため、光の取出し効率が向上し、高輝度化を図ることができるのである。しかも、ＬＥＤチップ64が不織布72で覆われているので、ＬＥＤチップ64から放射されたほぼ全ての光を、蛍光体70を担持した不織布72に照射することができる。
また、上記発光ダイオード60は、単位体積当たりの繊維73の表面積が極めて大きい不織布72を構成する繊維73の表面に蛍光体70を担持せしめたことから、蛍光体70の量及び表面積を飛躍的に増大させることができるのである。
特開２００６−６００９９ 特開２００６−１４７９２５

ところで、上記従来のＬＥＤ60は、不織布72を構成する繊維73の表面に、樹脂等を介して蛍光体70を接着したり、或いは、不織布72を構成する繊維73の表面を溶融させて蛍光体70を溶着することにより、繊維73の表面に蛍光体70を担持していたことから、不織布70への蛍光体70の担持が煩雑であった。

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、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの発光を所定波長の光に変換する波長変換用の蛍光物質を担持して成る不織布を備えた発光ダイオードにおいて、不織布への蛍光物質の担持が容易な発光ダイオードと、該発光ダイオードの製造方法を実現することにある。

上記の目的を達成するため、本発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオードチップと、蛍光物質を担持して成る不織布を備えた発光ダイオードにおいて、上記不織布を構成する繊維間に、蛍光物質を保持可能な空隙を多数形成し、以て、繊維間の上記空隙に蛍光物質を保持せしめたことを特徴とする。

上記不織布は、繊維の直径が、蛍光物質の平均粒径の±５０％以内であり、また、０．３〜０．９ｇ／ｃｍ^３の繊維密度、２０〜８０ｇ／ｍ^２の目付を有するものが好適である。

また、本発明に係る発光ダイオードの製造方法は、振動する蛍光物質が充満した雰囲気中に上記不織布を導入することにより、不織布を構成する繊維間の空隙に蛍光物質を保持せしめたことを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードは、不織布を構成する繊維間に、蛍光物質を保持可能な空隙を多数形成したので、接着や溶着をすることなく、繊維間の空隙に蛍光物質を保持させるだけで、蛍光物質を不織布に容易に担持することができる。

また、本発明に係る発光ダイオードの製造方法は、振動する蛍光物質が充満した雰囲気中に不織布を導入することにより、不織布を構成する繊維間の空隙に蛍光物質を保持せしめるものであり、蛍光物質に振動が与えられているため、不織布の内部にまで蛍光物質を行き渡らせることができる。

以下、図面に基づき、本発明に係る発光ダイオードの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る発光ダイオード10を示すものであり、この発光ダイオード10は、樹脂等の絶縁材料より成り、孔12が形成された略リング状の枠体14と、第１のリードフレーム16及び第２のリードフレーム18を有している。
第１のリードフレーム16は、上記枠体14の底面14ａの略全面を覆う先端部16ａと、枠体14を貫通して外方へ向かって水平方向に取り出される後端部16ｂを有している。第１のリードフレーム16の先端部16ａの一部は上記孔12内に露出しており、該孔12内に露出した第１のリードフレーム16の先端部16ａに、ＬＥＤチップ20をダイボンドすることにより、第１のリードフレーム16とＬＥＤチップ20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は、上記枠体14を貫通して孔12内に露出する先端部18ａと、枠体14の外方へ向かって水平方向に取り出されている後端部18ｂを有しており、第２のリードフレーム18の先端部18ａと、上記ＬＥＤチップ20上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ22を介して電気的に接続して成る。
上記ＬＥＤチップ20は、電圧が印加されると、後述する蛍光体を励起する波長の紫外線や青色可視光等の光を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶で構成されている。

上記第１のリードフレーム16の先端部16ａと、第２のリードフレーム18の先端部18ａは、上下方向に所定の間隙を設けて対向配置されることにより、相互に絶縁されている。
また、上記枠体14の孔12内には、シリコン樹脂等より成る透光性のコーティング材24を充填してＬＥＤチップ20を封止して成る。

上記枠体14の上端には、段部26が形成されており、該段部26上に、微粒子状の蛍光体28を担持して成る円盤状の不織布30（図２参照）が載置されている。この結果、上記ＬＥＤチップ20の上方に、蛍光体28を担持した不織布30が配置されることとなる。

上記不織布30は、図３及び図４に示すように、多数の繊維32が立体的に絡み合って形成されるものであり、繊維32間には多数の空隙34（図４参照）が形成されており、また、多数の繊維32が立体的に絡み合っているため、単位体積当たりの繊維32の表面積が極めて大きいものである。
また、上記繊維32は、透光性を備えており、レーヨン等のセルロース系の化学繊維、ガラス繊維等の短繊維或いは長繊維から成る。

図４に示すように、蛍光体28は、不織布30を構成する繊維32間の空隙34に保持されている。
すなわち、不織布30を構成する繊維32は、その直径が、蛍光体28の平均粒径の±５０％以内と成されている。
また、上記繊維32で構成される不織布30の繊維密度は、０．３〜０．９ｇ／ｃｍ^３、目付は２０〜８０ｇ／ｍ^２と成されている。
而して、蛍光体28の平均粒径の±５０％の範囲内の直径を有する繊維32で不織布30を構成すると共に、不織布30の繊維密度を０．３〜０．９ｇ／ｃｍ^３、目付を２０〜８０ｇ／ｍ^２と成したことから、繊維32間に、上記蛍光体28を保持可能な空隙34が多数形成されるのである。

上記の通り、不織布30を構成する繊維32間に、蛍光体28を保持可能な空隙34が多数形成されているので、微粒子状の蛍光体28を不織布30表面に吹付塗布すれば、繊維32間の空隙34に蛍光体28が保持される。
尚、上記空隙34の大きさは、蛍光体28より小さいものから大きいものまで多種多様であり、吹付けられた蛍光体28の相当量は、蛍光体28より大きい空隙34を通って不織布30内部にまで達するため、不織布30の表面近傍にのみ蛍光体28が分布することはない。
また、微粒子状の蛍光体28に振動を与え、振動する蛍光体28が充満した雰囲気中に不織布30を導入することによっても、繊維32間の空隙34に蛍光体28が保持させることができる。この場合、蛍光体28に振動が与えられているため、不織布30の内部にまで蛍光体28を行き渡らせることができる。

上記蛍光体28は、紫外線や青色可視光等の光の照射を受けると、この光を所定波長の可視光等の光に波長変換するものであり、例えば以下の組成のものを用いることができる。
紫外線を赤色可視光に変換する赤色発光用の蛍光体28として、Ｍ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（Ｍは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの何れか１種）、0.5ＭｇＦ_２・3.5ＭｇＯ・ＧｅＯ_２：Ｍｎ、2ＭｇＯ・2ＬｉＯ_２・Ｓｂ_２Ｏ_３：Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄：Ｅｕ、ＹＶＯ₄：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｍｇ）₃（ＰＯ₄）：Ｓｎ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉＯ_３：Ｐｂ，Ｍｎ等がある。
また、紫外線を緑色可視光に変換する緑色発光用の蛍光体28として、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ_２ＳｉＯ₄：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ）ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ等がある。
更に、紫外線を青色可視光に変換する青色発光用の蛍光体28として、(ＳｒＣａＢａ)_５(ＰＯ_４)_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｍｇ）_２Ｐ_２Ｏ₇：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ₇：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｓｎ、Ｓｒ_５（ＰＯ₄）_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、ＣａＷＯ₄、ＣａＷＯ₄：Ｐｂ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、(Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ)_１０(ＰＯ_４)_６Ｃｌ_２：Ｅｕ等がある。
また、青色可視光を発光するＬＥＤチップ20を用いて白色光を得る場合等において、ＬＥＤチップ20から放射される青色可視光を緑色可視光に変換する緑色発光用の蛍光体28として、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、ＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕ、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ等がある。
さらに、青色可視光を発光するＬＥＤチップ20を用いた場合等において、ＬＥＤチップ20から放射される青色可視光を赤色可視光に変換する赤色発光用の蛍光体28として、（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ_２：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ等がある。
上記赤色発光用の蛍光体28、緑色発光用の蛍光体28、青色発光用の蛍光体28を適宜選択・混合して用いることで、種々の色の発色が可能である。
尚、上記蛍光体28は、有機、無機の蛍光染料や、有機、無機の蛍光顔料を含むものである。

本発明の上記ＬＥＤ10にあっては、第１のリードフレーム16及び第２のリードフレーム18を介してＬＥＤチップ20に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ20が発光して、上記蛍光体28を励起させる波長の紫外線や青色可視光等の光が放射される。この光が、ＬＥＤチップ20の上方に配置されている不織布30に担持された蛍光体28に照射され、所定波長の可視光等の光に波長変換された後、外部へ放射されるのである。

而して、本発明のＬＥＤ10にあっては、不織布30を構成する繊維32間に、蛍光体28を保持可能な空隙34が多数形成されているので、接着や溶着をすることなく、繊維32間の空隙34に蛍光体28を保持させるだけで、蛍光体28を不織布30に容易に担持することができる。

蛍光物質としては、上記した蛍光体28だけでなく、蛍光ガラスや蛍光樹脂等、紫外線や青色可視光等の光の照射を受けた場合に、この光を所定波長の可視光等の光に波長変換する全ての物質を含むものである。
蛍光ガラスは、ガラス材料に蛍光材料を添加して形成される透明体であり、また、蛍光樹脂は、エポキシ樹脂等の樹脂材料に蛍光材料を添加して形成される透明体である。これら蛍光ガラスや蛍光樹脂を微粒子状と成し、蛍光体28の場合と同様に、上記不織布30に担持させれば良い。

本発明に係る発光ダイオードを模式的に示す断面図である。 蛍光体を担持した不織布を模式的に示す斜視図である。 蛍光体を担持した不織布を模式的に示す部分拡大図である。 蛍光体を担持した不織布を模式的に示す要部拡大図である。 従来の発光ダイオードを模式的に示す断面図である。 従来の発光ダイオードの不織布を構成する繊維を模式的に示す拡大図である。 従来の発光ダイオードの不織布を構成する繊維を模式的に示す断面図である。

符号の説明

10 発光ダイオード
12 孔
14 枠体
16 第１のリードフレーム
18 第２のリードフレーム
20 ＬＥＤチップ
24 コーティング材
28 蛍光体
30 不織布
32 繊維
34 空隙

Claims (3)

1. 発光ダイオードチップと、蛍光物質を担持して成る不織布を備えた発光ダイオードにおいて、上記不織布を構成する繊維間に、蛍光物質を保持可能な空隙を多数形成し、以て、繊維間の上記空隙に蛍光物質を保持せしめたことを特徴とする発光ダイオード。
2. 上記不織布は、繊維の直径が、蛍光物質の平均粒径の±５０％以内であり、また、０．３〜０．９ｇ／ｃｍ^３の繊維密度、２０〜８０ｇ／ｍ^２の目付を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
   
3. 請求項１又は２に記載の発光ダイオードの製造方法であって、振動する蛍光物質が充満した雰囲気中に上記不織布を導入することにより、不織布を構成する繊維間の空隙に蛍光物質を保持せしめたことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。

Images