JP3139618B2 - 発光ダイオード装置 - Google Patents

発光ダイオード装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード装
置、特に発光ダイオードチップから照射される光を波長
変換して外部に放出する発光ダイオード装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は発光ダイオードチップから照射さ
れる光の波長を蛍光体によって変換する従来の発光ダイ
オード装置の断面図を示す。図３に示すように、発光ダ
イオード装置（１）では、カソード側のリード（３）の
カップ部（３ａ）の底面（３ｂ）に発光ダイオードチッ
プ（２）を固着し、ボンディングワイヤ（５）により発
光ダイオードチップ（２）のカソード電極をカソード側
のリード（３）の上端部（９）に接続すると共に、発光
ダイオードチップ（２）のアノード電極をボンディング
ワイヤ（６）によりアノード側のリード（４）の上端部
（１０）に接続する。カップ部（３ａ）に固着された発
光ダイオードチップ（２）は、カップ部（３ａ）内に充
填された樹脂（７）により被覆され、更に発光ダイオー
ドチップ（２）、カソード側のリード（３）のカップ部
（３ａ）、アノード側のリード（４）の上端部（１
０）、ボンディングワイヤ（５、６）は光透過性の封止
樹脂（８）内に封入される。樹脂（７）は蛍光物質を混
入した光透過性の樹脂である。発光ダイオード装置
（１）のカソード側のリード（３）とアノード側のリー
ド（４）との間に電圧を印加し、発光ダイオードチップ
（２）に通電すると、発光ダイオードチップ（２）から
照射される光は、樹脂（７）内を通りリード（３）のカ
ップ部（３ａ）の側壁（３ｃ）で反射した後に、透明な
封止樹脂（８）を通り発光ダイオード装置（１）の外部
に放出される。なお、発光ダイオードチップ（２）の上
面から放射されてカップ部（３ａ）の側壁（３ｃ）で反
射されずに直接に樹脂（７）及び封止樹脂（８）を通っ
て発光ダイオード装置（１）の外部に放出される光もあ
る。封止樹脂（８）の先端にはレンズ部（８ａ）が形成
され、封止樹脂（８）内を通過する光は、レンズ部（８
ａ）によって集光されて指向性が高められる。発光ダイ
オードチップ（２）の発光時に、発光ダイオードチップ
（２）から照射される光は樹脂（７）内に混入された蛍
光物質によって異なる波長に変換されて放出される。こ
の結果、発光ダイオード装置（１）からは発光ダイオー
ドチップ（２）から照射された光とは異なる波長の光が
放出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の発光ダイオード
装置（１）を製造する際には、まずリード（３）のカッ
プ部（３ａ）に発光ダイオードチップ（２）を取付け、
次に発光ダイオードチップ（２）とリード（３、４）間
にボンディングワイヤ（５、６）を取付け、その後カッ
プ部（３ａ）に樹脂（７）を注入する。樹脂（７）をカ
ップ部（３ａ）に注入するとき、樹脂充填装置のシリン
ジ（syringe／スポイト）の先端をカップ部（３ａ）の
上部に近接させる。この場合、シリンジの先端が発光ダ
イオードチップ（２）及びボンディングワイヤ（５、
６）に接触することが多く、発光ダイオードチップ
（２）及びボンディングワイヤ（５、６）に接触する
と、発光ダイオードチップ（２）を傷つけたり、ボンデ
ィングワイヤ（５、６）を変形し又は断線若しくはフレ
ームとの短絡を生じさせる場合がある。特に金又はアル
ミニウム等の軟質金属の細線で形成されるボンディング
ワイヤ（５、６）は、小さな外力が加えられても変形、
断線又は短絡を生じやすい。ボンディングワイヤ（５、
６）が断線又は短絡した発光ダイオード装置（１）は不
良品となる結果、製造歩留まりが低下する。また、外力
が加えられたボンディングワイヤ（５、６）は、断線又
は短絡しなくても、発光ダイオードチップ（２）のカソ
ード電極若しくはアノード電極又はリード（３、４）に
対するボンディングワイヤ（５、６）の接続部分の接着
力が低下することがあり、信頼性の点で問題があった。
【０００４】本発明は、発光ダイオードチップ及びボン
ディングワイヤの損傷、断線、短絡又は変形を発生せず
に、発光ダイオードチップから発生する光の波長変換を
行なう発光ダイオード装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、発光ダイオードチップから照射さ
れる光を蛍光体チップ内で所望の波長に変換して封止樹
脂を通して外部に放出できる発光ダイオード装置を提供
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による発光ダイオ
ード装置は、一対の配線導体（３、４）と、一対の配線
導体（３、４）の一方の端部に接着された発光ダイオー
ドチップ（２）と、発光ダイオードチップ（２）及び配
線導体（３、４）の端部を被覆する光透過性の封止樹脂
（８）とを備え、発光ダイオードチップ（２）の電極
（２ａ、２ｂ）が一対の配線導体（３、４）に電気的に
接続される。発光ダイオードチップ（２）から照射され
る光を吸収して他の発光波長に変換する蛍光物質を含む
蛍光体層（１２）を蛍光体チップにより形成し、光透過
性の接着剤を介して蛍光体層（１２）を発光ダイオード
チップ（２）上に接着し、封止樹脂（８）により発光ダ
イオードチップ（２）と共に蛍光体層（１２）を被覆す
る。蛍光体チップにより予め形成した蛍光体層（１２）
を発光ダイオードチップ（２）に接着して本発明の発光
ダイオード装置を容易に製造できるので、シリンジによ
り蛍光物質を含む樹脂をカップ部（１６）に充填する必
要がない。本発明の発光ダイオード装置を製造する際
に、蛍光体チップにより予め形成した蛍光体層（１２）
を接着した発光ダイオードチップ（２）を配線導体
（３）のカップ部（１６）に接着し又はカップ部（１
６）に接着した発光ダイオードチップ（２）に蛍光体層
（１２）を接着してもよい。また、光透過性の接着剤に
より蛍光体層（１２）を発光ダイオードチップ（２）に
接着するので、発光ダイオードチップ（２）及び蛍光体
層（１２）の発光が減衰しない。発光ダイオードチップ
（２）から四方に放射された光成分の内、上方向に放出
された光成分及び横方向に放出されカップ部（１６）の
側壁（１６ｂ）で散乱し反射した光成分の一部は蛍光体
層（１２）に達する。蛍光体層（１２）中を通過する光
の一部は、蛍光体層（１２）中に含まれる蛍光物質によ
って吸収され、他の異なる発光波長に変換されるため、
発光ダイオードチップ（２）から照射された光とは異な
る発光色を得ることができる。また、波長変換された光
は、蛍光体層（１２）によって波長変換されない光成分
と混じり合って封止樹脂（８）を通して発光ダイオード
装置（１１）の外部に放出される。
【０００６】本発明の実施の形態では、蛍光体層（１
２）は、蛍光物質を含む光透過性の結晶体、焼成体、樹
脂等の混合無機材料、混合有機材料又は混合無機有機材
料によって蛍光体チップとして構成される。発光ダイオ
ードチップ（２）の上面に形成された電極（２ａ、２
ｂ）と一対の配線導体（３、４）の少なくとも一方とを
ボンディングワイヤ（５、６）により電気的に接続し、
蛍光体層（１２）を発光ダイオードチップ（２）の上面
に接着する。シリンジにより蛍光物質を含む樹脂をカッ
プ部（１６）に充填する必要がないため、発光ダイオー
ドチップ（２）及びボンディングワイヤ（５、６）の損
傷、断線、短絡又は変形を発生しない。発光ダイオード
チップ（２）の上面に形成された一対の電極（２ａ、２
ｂ）の間に電極（２ａ、２ｂ）と実質的に同一平面で蛍
光体層（１２）を発光ダイオードチップ（２）の上面に
接着してもよい。他の実施の形態では、絶縁性基板（１
７）の一方の主面にカップ部（１６）と、カップ部（１
６）から絶縁性基板（１７）の一方の主面に沿って互い
に反対方向に外側に延びる一対の配線導体（３、４）と
を形成し、カップ部（１６）の底部（１６ａ）上の一対
の配線導体（３、４）の一方に発光ダイオードチップ
（２）を固着する。この場合、配線導体（３、４）は絶
縁性基板（１７）の一方の主面から側面に沿って他方の
主面に延びる。発光ダイオードチップ（２）は、配線導
体（３、４）の一方の端部又は絶縁性基板（１７）の一
方の主面に形成されたカップ部（１６）の底部（１６
ａ）に固着され、蛍光体層（１２）は、カップ部（１
６）の上縁部（１４）から突出しない。カップ部（１
６）の上縁部（１４）から蛍光体層（１２）が突出しな
いので、偽灯を防止できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明による発光ダイオー
ド装置の実施の形態を図１及び図２について説明する。
図１及び図２では図３に示す箇所と同一の部分には同一
の符号を付し説明を省略する。図１に示すように、本発
明による発光ダイオード装置（１１）は、カソード側の
リードとしての配線導体（３）のカップ部（１６）の底
部（１６ａ）に発光ダイオードチップ（２）を接着剤
（１３）により固着し、発光ダイオードチップ（２）の
上面に蛍光体層（１２）と電極（２ａ、２ｂ）とを形成
する。蛍光体層（１２）は、蛍光物質を含む光透過性の
結晶体、焼成体、樹脂等の混合無機材料、混合有機材料
又は混合無機有機材料によって蛍光体チップとして構成
され、カップ部（１６）の上縁部（１４）から突出しな
いように、発光ダイオードチップ（２）の上面に接着さ
れる。発光ダイオードチップ（２）及び蛍光体層（１
２）の発光を減衰させないため、蛍光体層（１２）は、
発光ダイオードチップ（２）から照射される光の発光波
長に対し透明な図示しない光透過性の又は透明な有機接
着剤を介して発光ダイオードチップ（２）の上面に形成
される。
【０００８】従来の発光ダイオード装置（１）と同様
に、発光ダイオードチップ（２）のカソード電極（２
ａ）及びアノード電極（２ｂ）をそれぞれボンディング
ワイヤ（５、６）によりカソード側及びアノード側のリ
ードとしての配線導体（３、４）に接続する。従来の発
光ダイオード装置と同様に封止樹脂（８）によって発光
ダイオードチップ（２）、カツプ部（１６）、ボンディ
ングワイヤ（５、６）及び配線導体（３、４）の端部が
被覆される。配線導体（３、４）間に電圧を印加して発
光ダイオードチップ（２）に通電すると、発光ダイオー
ドチップ（２）から光が照射される。その際に、発光ダ
イオードチップ（２）から四方に放射された光成分の
内、上方向に放出された光成分及び横方向に放出されカ
ップ部（１６）の側壁（３ｃ）で散乱し反射した光成分
の一部は蛍光体層（１２）に達し、そこで波長変換され
て異なった波長の光となった後に蛍光体層（１２）から
放出される。波長変換された光は、蛍光体層（１２）の
上面側から照射されて蛍光体層（１２）によって波長変
換されない光成分と混じり合って封止樹脂（８）を通し
て発光ダイオード装置（１１）の外部に放出される。
【０００９】具体的には、例えば発光ダイオードチップ
（２）に発光波長のピークが約４４０ｎｍから約４７０
ｎｍのＧａＮ系の青色発光ダイオードチップ（２）を用
い、また蛍光体層（１２）に付活剤としてＣｅ（セリウ
ム）を適量添加したＹＡＧ（イットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット・化学式Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、励起波長のピー
ク約４５０ｎｍ、発光波長のピーク約５４０ｎｍの黄緑
色光）の単結晶を用いれば、青色発光ダイオードチップ
（２）の発光波長とＹＡＧ蛍光体の励起波長とがほぼ一
致するため効率良く波長変換が行なわれる。またＹＡＧ
蛍光体の発光スペクトル分布が半値幅約１３０ｎｍと広
域なため、発光ダイオード装置（１１）の外部に放出さ
れる光は発光ダイオードチップ（２）の発光と蛍光体層
（１２）の発光とが混色された青みがかった白色光とな
る。蛍光体層（１２）の発光スペクトル分布をシフトさ
せて発光ダイオード装置（１１）の発光を更に所望の色
調に調整するときは、ＹＡＧ蛍光体の結晶構造を一部変
更すればよい。例えばＧａ（ガリウム）又は／及びＬｕ
（ルテチウム）を適量添加すれば短波長側にシフトし、
Ｇｄ（ガドリニウム）等を適量添加すれば長波長側にシ
フトする。
【００１０】このように、発光ダイオードチップ（２）
から照射される光の一部は蛍光体層（１２）を通過する
際に蛍光体層（１２）に含まれる蛍光物質によって吸収
され、他の異なる発光波長に変換されるため、発光ダイ
オードチップ（２）から照射された光とは異なる発光色
となって封止樹脂（８）内に入射される。この場合、発
光ダイオード装置（１１）から外部に放出される光の指
向角を広げ又は発光ダイオードチップ（２）から極力多
量の光を蛍光体層（１２）に到達させるため、粉末シリ
カ等の散乱剤を封止樹脂（８）に混合しても良い。
【００１１】本実施の形態では、予め蛍光体層（１２）
を接着した発光ダイオードチップ（２）を配線導体
（３）のカップ部（１６）に接着し又はカップ部（１
６）に接着した発光ダイオードチップ（２）に蛍光体層
（１２）を接着して、ボンディングワイヤ（５、６）を
取り付けて本発明の発光ダイオード装置を製造できるの
で、シリンジにより蛍光物質の混入した樹脂をカップ部
（１６）に充填する必要がなく、発光ダイオードチップ
（２）及びボンディングワイヤ（５、６）の損傷、断
線、短絡又は変形を発生しない。また、発光ダイオード
チップ（２）から照射される光を蛍光体層（１２）内
で、所望の波長に変換して封止樹脂（８）を通して外部
に放出することができる。更に、複数の発光ダイオード
装置（１１）が互いに隣接して配置されるとき、通電さ
れ且つ点灯された発光ダイオード装置（１１）からの放
射光によって隣接する他の発光ダイオード装置（１１）
が励起されて点灯して見える偽灯が生じるおそれがあ
る。本発明では、蛍光体層（１２）がカップ部（１６）
の上縁部（１４）よりも外側に突出しないため、蛍光体
層（１２）により光の波長変換を行いつつ外部光による
偽灯も防止できる。
【００１２】図２は、チップ形発光ダイオード装置（２
１）に適用した本発明の他の実施の形態を示す。チップ
形発光ダイオード装置（２１）では、絶縁性基板（１
７）の一方の主面にカップ部（１６）と、相互に離間し
た配線導体（３、４）とが形成され、配線導体（３、
４）の一方の端部は、カップ部（１６）内に配置され
る。蛍光体層（１２）はカップ部（１６）の底部（１６
ａ）にて配線導体（３）に発光ダイオードチップ（２）
を介して固着される。図１の発光ダイオード装置と同様
に、発光ダイオードチップ（２）は接着剤（１３）によ
って配線導体（３）に固着される。配線導体（３、４）
の他方の端部は、絶縁性基板（１７）の側面及び他方の
主面に延びて配置される。発光ダイオードチップ（２）
のカソード電極（２ａ）及びアノード電極（２ｂ）はそ
れぞれボンディングワイヤ（５、６）により配線導体
（３、４）に接続される。発光ダイオードチップ
（２）、カップ部（１６）、ボンディングワイヤ（５、
６）、配線導体（３、４）の一方の端部側は絶縁性基板
（１７）の一方の主面に形成された断面台形状の封止樹
脂（８）によって被覆される。図２の発光ダイオード装
置（２１）でも、発光ダイオードチップ（２）から照射
された光の一部が蛍光体層（１２）の蛍光物質によって
発光波長が変換され、図１の発光ダイオード装置と同様
の作用効果が得られる。
【００１３】本発明の前記実施の形態は変更が可能であ
る。例えば、図１及び図２の発光ダイオード装置（１
１、１２）において、カップ部（１６）に接着剤（１
３）によって発光ダイオードチップ（２）を接着した後
に、接着剤により蛍光体層（１２）を発光ダイオードチ
ップ（２）の上面に接着するか又は予め発光ダイオード
チップ（２）と蛍光体層（１２）とを接着剤で接着した
組立体を用意した後、接着剤（１３）により発光ダイオ
ードチップ（２）をカップ部（１６）の底部（１６ａ）
に接着してもよい。また、発光ダイオードチップ（２）
の表面を蛍光体を含有しない透明の樹脂で被覆してもよ
い。蛍光体を含有しない樹脂であれば、発光ダイオード
チップ（２）の上にラフに被覆でき、また流動性にも優
れるので、発光ダイオードチップ（２）又はボンディン
グワイヤ（５、６）の損傷等を生じさせることがない。
また、カップ部（１６）の上縁部（１４）から突出しな
い追加の蛍光体層（１２）をカップ部（１６）の側壁
（１６ｂ）に固着してもよい。図２の発光ダイオード装
置（２１）では、絶縁性基板（１７）の一方の主面にカ
ップ部（１６）を設けない構造とすることもできる。
【００１４】
【発明の効果】前記のように、本発明では、蛍光物質を
含む樹脂をカップ部に注入する必要がないため、発光ダ
イオードチップ又はボンディングワイヤを損傷、破断、
短絡又は変形させない。このため、蛍光体により発光ダ
イオードチップから照射される光を所望の波長に変換で
き且つ信頼性が高く安価な発光ダイオード装置を歩留ま
り良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による発光ダイオード装置の断面図
【図２】 本発明の他の実施の形態を示す発光ダイオー
ド装置の断面図
【図３】 従来の発光ダイオード装置の断面図
【符号の説明】
２・・発光ダイオードチップ、 ３、４・・配線導体、
５、６・・ボンディングワイヤ、 ８・・封止樹脂、
１１、２１・・発光ダイオード装置、 １２・・蛍光
体層、 １３・・接着剤、 １６・・カップ部、 １７
・・絶縁性基板、

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の配線導体と、該一対の配線導体の
    一方の端部に接着された発光ダイオードチップと、該発
    光ダイオードチップ及び前記配線導体の端部を被覆する
    光透過性の封止樹脂とを備え、前記発光ダイオードチッ
    プの電極が前記一対の配線導体に電気的に接続された発
    光ダイオード装置において、 前記発光ダイオードチップから照射される光を吸収して
    他の発光波長に変換する蛍光物質を含む蛍光体層を蛍光
    体チップにより形成し、 光透過性の接着剤を介して前記蛍光体層を前記発光ダイ
    オードチップ上に接着し、 前記封止樹脂により前記発光ダイオードチップと共に前
    記蛍光体層を被覆したことを特徴とする発光ダイオード
    装置。
  2. 【請求項２】 前記蛍光体層は、蛍光物質を含む光透過
    性の結晶体、焼成体、樹脂等の混合無機材料、混合有機
    材料又は混合無機有機材料によって蛍光体チップとして
    構成された請求項１に記載の発光ダイオード装置。
  3. 【請求項３】 前記発光ダイオードチップの上面に形成
    された前記電極と前記一対の配線導体の少なくとも一方
    とをボンディングワイヤにより電気的に接続し、前記蛍
    光体層を前記発光ダイオードチップの上面に接着した請
    求項１又は２に記載の発光ダイオード装置。
  4. 【請求項４】 前記発光ダイオードチップの上面に形成
    された一対の前記電極の間に前記電極と実質的に同一平
    面で前記蛍光体層を前記発光ダイオードチップの上面に
    接着した請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイ
    オード装置。
  5. 【請求項５】 絶縁性基板の一方の主面にカップ部と、
    該カップ部から前記絶縁性基板の一方の主面に沿って互
    いに反対方向に外側に延びる前記一対の配線導体とを形
    成し、前記カップ部の底部上の前記一対の配線導体の一
    方に前記発光ダイオードチップを固着した請求項１〜４
    のいずれか１項に記載の発光ダイオード装置。
  6. 【請求項６】 前記配線導体は前記絶縁性基板の一方の
    主面から側面に沿って他方の主面に延びる請求項５に記
    載の発光ダイオード装置。
  7. 【請求項７】 前記発光ダイオードチップは、前記配線
    導体の一方の端部又は前記絶縁性基板の一方の主面に形
    成されたカップ部の底部に固着され、 前記蛍光体層は、前記カップ部の上縁部から突出しない
    請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発光ダイオ
    ード装置。
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