JP2010040986A - Ｌｅｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉状の蛍光体を封入した長寿命のＬＥＤ装置を提供する。
【解決手段】本発明のＬＥＤ装置１０は、セラミック製の基板１と、基板１上に搭載されたＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２を覆い、かつ基板１に接合されたガラス製の被覆部材５と、基板１と被覆部材５とで形成された空間内に封入された粉状の蛍光体４と、を有する。セラミック製の基板１とガラス製の被覆部材５とは、いずれも外気の水分を透過させず、かつ互いに熱膨張係数が近似してため、接合部分に熱変形に起因する隙間が形成されにくい。このため、ＬＥＤ装置１０の内部に水分が混入しにくくなり、水分による蛍光体４の反応劣化を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤ）を搭載したＬＥＤ装置に関する。

近年、ＬＥＤチップからの短波長（紫外〜青）の光により励起され長波長光を発光する蛍光体を用いた、白色光を発光する発光装置が実用化されている。

例えば、特許文献１の図５には、半導体素子１０４と、耐候性を考慮したセラミックからなる支持基板１０３と、支持基板に配され半導体素子を被覆する被覆部材１０１と、発光素子１０４と対面する凹状の被覆部材１０１の内壁面に塗布された蛍光体層１１０とを有する発光装置４００が開示されている。また、この特許文献１には、例えば、蛍光体、シラノール（Ｓｉ（ＯＥｔ）₃ＯＨ）、及びエタノールを混合してスラリーを形成し、スラリーをノズルから被覆部材１０１の透光性部分に吐出させた後、３００℃にて３時間加熱してシラノールをＳｉＯ₂とし、蛍光体を被覆部材１０１に固着させる方法が開示されている。しかしながら、蛍光体は、水分と反応することで蛍光体が劣化してしまうが、スラリーを形成する際に水分が混入することでＬＥＤ装置としての寿命が短くなってしまう場合があった。

一方、スラリーを形成することなく、蛍光体を粉状のまま用いると発光効率が高くなることが知られている。これは、蛍光体が粉状であることから、励起光を吸収しやすく、かつ発光を取り出しやすいためである。特に、硫化物系の蛍光体は、合成が容易であることから高い純度のものが得られるのでより高効率化することができる。さらに、粉状の蛍光体は、加熱や被覆部材への固着といった工程が封入に際して不要であるため、安価なＬＥＤ装置を提供することが期待できる。
特開２００６−９３３７２号公報

上述のように粉状の蛍光体はスラリー化された蛍光体よりも発光効率が高く、かつ安価なＬＥＤ装置を提供できる。しかしながら、粉状であることからスラリー化された蛍光体よりも水分を取り込みやすく、劣化が急速に進んでしまい、その結果、ＬＥＤ装置の長寿命化を実現することが困難であった。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、粉状の蛍光体を封入した長寿命のＬＥＤ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤ装置は、セラミック製の基板と、基板上に搭載されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆い、かつ基板に接合されたガラス製の被覆部材と、基板と被覆部材とで形成された空間内に封入された粉状の蛍光体と、を有するものである。

本発明によれば、粉状の蛍光体を封入したＬＥＤ装置であっても長寿命化することができる。

図１に本実施形態のＬＥＤ装置の模式的な断面図を示す。

本実施形態のＬＥＤ装置１０は、基板１と、基板１上に搭載されたＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２を覆い、かつ基板１に金属接合された被覆部材５と、基板１と被覆部材５とで形成された空間内に封入された粉状の蛍光体４とを有する。

基板１は、後述するＬＥＤチップ２の他、導体配線などが配置されるものであり、その材料としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ等のセラミックが用いられる。本実施形態において基板１をセラミック製としたのは、セラミックが水分を透過させない性質を有する点に着目したことによる。また、セラミックの熱膨張係数は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃を材料とした場合、７．１×１０^-6／℃程度であるが、この数値は、後述するガラス製の被覆部材５は８〜１０×１０^-6／℃程度に近い値といえる。つまり、基板１をセラミック製とすることで熱膨張率をガラス製の被覆部材５の熱膨張率に近づけることができる。同程度の熱膨張率の材質を用いた基板１及び被覆部材５はＬＥＤチップ２の発熱に対して同程度に伸縮することとなるので、基板１と被覆部材５との接合部分に熱変形に起因する隙間が形成されにくくなり、当該隙間から水分が内部に浸入するのを防止することができる。このように、基板１をセラミック製とすることで、蛍光体４と水分との接触を阻止することができる。

さらに、基板１をセラミックとすることで、ＬＥＤ装置１０を１枚のセラミック基板上に一括して形成した後、個片化する製造方法を採用できるため、製造コストを下げることができる。その他、セラミックは、ＬＥＤチップ２が発光する紫外光に対する耐候性、及びＬＥＤチップ２の発熱に対する耐熱性を併せ持つ点においても基板１の材料として好ましい。

なお、基板１にガラスエポキシ等、樹脂を含有する材料は適用できない。樹脂材料は、外気中の水分を透過させる透湿性を有するため、外気に含まれる水分が樹脂を透過して内部に浸入してしまうためである。また、本実施形態においては、基板１に金属を適用するのも好ましくない。金属自体に透湿性がない点では好適である。しかしながら、ガラスと金属では互いに熱膨張係数が大きく異なるため、熱変形によりガラスと金属の接合部分に隙間が形成されてその隙間から水分が浸入してしまう可能性が高くなるためである。また、金属基板の場合、セラミック基板のような一括形成後に個片化する製造方法が採用できないため、コストが高くなるためである。

ＬＥＤチップ２は、その発光波長が３５０ｎｍから４７０ｎｍの間であり、近紫外から青色の発光光を発光するものが用いられる。また、ＬＥＤチップ２の表面には、エポキシ樹脂等に比べ光劣化しにくいシリコン樹脂からなるコーティング層３が形成されている。ＬＥＤチップ２は基板１に対してＡｕＳｎ等の金属接合材や光劣化しにくいシリコン樹脂Ａｇペースト等によって固定される。また、フリップチップ実装されるＬＥＤチップ２は、基板１に形成された導体配線と電気的に接続させるため、Ａｇペースト、ＩＴＯペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。

被覆部材５は、半球形状に形成された、例えばケイ酸塩ガラス等を材料とした透明ガラスが用いられている。ガラス素材を被覆部材５に用いたのは、基板１と同様に、ガラスが水分を透過させない性質を有する点に着目したことによるものである。よって、被覆部材５についても、基板１と同様に、樹脂、あるいは樹脂を混入した材料は適用できない。また、ＬＥＤチップ２の発光及び蛍光体４の励起光を外部に効率良く取り出すため、被覆部材５の表面は粗面５ａとなっている。粗面５ａは被覆部材５の表面をエッチングすることにより形成するものであってもよい。なお、基板１と被覆部材５とを接合している金属接合部６には、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ等の低融点金属が用いられている。

蛍光体４は、ＬＥＤチップ２の発光により励起し、長波長を発光する複数の蛍光物質が、スラリー化等されずに粉状のまま、基板１と被覆部材５とで形成される空間内に封入されている。より厳密には、本実施形態の場合、蛍光体４は、基板１と、被覆部材５と、後述するコーティング層３とによって囲まれた空間内に存在している。蛍光体４としては、硫化物系、窒化物系、酸窒化物系等が用いられる。例えば、
１．Ｓｃ系Ｃｅ付活酸化物蛍光体（緑色）とＥｕ付活アルミニウムシリコンナイトライド系窒化物蛍光体（赤色）
２．Ｅｕ付活酸化物蛍光体（緑〜黄色）とＥｕ付活アルミニウムシリコンナイトライド系窒化物蛍光体（赤色）
３．Ｅｕ付活チオガレート系硫化物蛍光体（緑〜黄色）とＥｕ付活アルカリ系硫化物蛍光体（橙〜赤色）
４．Ｅｕ付活シリケイト系酸化物蛍光体（緑〜黄色）とＥｕ付活アルカリ系硫化物蛍光体（橙〜赤色）
等を組み合わせた蛍光体４を用いても良いが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本実施形態においては、蛍光体４としては、特に硫化物系の蛍光体を用いるのが好適である。硫化物系の蛍光物質は、合成が容易であることから高純度のものを生成可能であり、発光効率を高めることができるためである。また、蛍光体４を粉状の状態で用いることで、励起光を吸収しやすく、かつ発光を取り出しやすくすることができるため、発光効率が高くなる。もっとも、硫化物系の場合、水分と反応しやすく、特に粉状の場合、水分を取り込みやすい。よって、硫化物系であって粉状である、本実施形態の蛍光体４を水分劣化から保護する必要がある。本発明者らの実施した試験によると、硫化物系蛍光体を温度６０℃、湿度９０％の環境下にて２４時間放置しておくと、その発光強度は、温度６０℃、湿度９０％、０時間における発光強度の５０％にまで低下することが明らかとなった。一方、蛍光体４をガラスで封止した場合、温度６０℃、湿度９０％の環境下に５００時間放置しても、その発光強度は低下しなかった。よって、水分反応を起こさせないために、蛍光体４は、上述したガラス製の被覆部材５とセラミック製の基板１とで形成された空間内に、Ｎ₂減圧化の下、封入されている。

以上のとおり、本実施形態のＬＥＤ装置１０は、硫化物系であってかつ粉状の蛍光体４を用いているため、発光効率が高い。また、蛍光体４は、粉状のまま用いるため、スラリー化する工程が不要であり、加えて単に基板１と被覆部材５とで形成される空間内に封入するのみであるので、加熱や被覆部材５への固着といった工程も不要となり、ＬＥＤ装置１０を安価に提供することができる。

また、本実施形態のＬＥＤ装置１０は、基板１をセラミック製とし、被覆部材５をガラス製としているため、外気に含まれる水分がこれら基板１及び被覆部材５を透過して内部に封入された蛍光体４へと達してしまうのを防止することができる。さらに、セラミックとガラスとは熱膨張係数が互いに近いため、ＬＥＤチップ２の発熱による変形が生じても接合部分に隙間が生じにくいので、当該隙間からの水分浸入を防止することができる。このように、水分反応により蛍光体４が劣化してしまうことがないため、高効率の本実施形態のＬＥＤ装置１０の長寿命化を図ることができる。

本発明のＬＥＤ装置の一例の模式的な側断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ ＬＥＤチップ
３ コーティング層
４ 蛍光体
５ａ 粗面
５ 被覆部材
６ 金属接合部
１０ ＬＥＤ装置

Claims (5)

1. セラミック製の基板と、
   前記基板上に搭載されたＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップを覆い、かつ前記基板に接合されたガラス製の被覆部材と、
   前記基板と前記被覆部材とで形成された空間内に封入された粉状の蛍光体と、を有するＬＥＤ装置。
2. 硫化物系の前記蛍光体を有する、請求項１に記載のＬＥＤ装置。
3. 前記空間内には不活性ガスが封入されている、請求項１または２に記載のＬＥＤ装置。
4. 前記基板と前記被覆部材とは金属接合されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬＥＤ装置。
5. 前記被覆部材の表面は粗面化されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＬＥＤ装置。

Images