JP3978100B2 - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光ダイオードチップ（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体粒子を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）に係り、特に、波長変換された光の取出し効率を向上させることができる高輝度な発光ダイオードとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長変換用の蛍光体粒子を備えた従来の発光ダイオード60は、図４に示すように、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の先端部62ａ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の底面に発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）66をＡｇペースト等を介して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の先端部68ａ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。
【０００３】
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・封止されており、また、上記コーティング材72中には、ＬＥＤチップ66から発光された紫外光等の光を所定波長の可視光等の光に変換する波長変換用の蛍光体粒子74が分散状態で混入されている。
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、先端に凸レンズ部76を有する透光性樹脂材78によって被覆・封止されている。
【０００４】
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が発光して光が放射され、この光が上記コーティング材72中の蛍光体粒子74に照射されることにより、所定波長の可視光等の光に波長変換され、波長変換された光が透光性樹脂材78の凸レンズ部76で集光されて外部へ放射されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＬＥＤ60にあっては、ＬＥＤ60の輝度向上を図るため、上記コーティング材72中に蛍光体粒子74を高密度に混入している。しかしながら、蛍光体粒子74をコーティング材72中に高密度で混入した結果、蛍光体粒子74間の間隔が微小となり、このため、蛍光体粒子74で波長変換された光の一部が、他の蛍光体粒子74に当たって吸収されてしまうことがあり、光の取出し効率が良好とはいえなかった。
【０００６】
本発明は、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、波長変換された光の取出し効率を向上させることができる高輝度な発光ダイオード及びその製造方法を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、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し、さらに、上記コーティング材中に、蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を混入して成る発光ダイオードであって、１つの蛍光ガラスに被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なっていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る発光ダイオードにあっては、コーティング材中に混入された赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を蛍光ガラスで被覆しているので、蛍光ガラス中の蛍光体粒子と、他の蛍光ガラス中の蛍光体粒子との間に、少なくとも蛍光ガラスの厚さに相当する分の間隔が確保され、この結果、蛍光体粒子同士での光の吸収が低減されることとなり、従来のＬＥＤ60に比べて、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率を向上させることができる。しかも、蛍光ガラスからも光が発光されるため、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率の向上と相俟って、発光ダイオードの輝度を向上させることができる。
【０００９】
尚、赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子は、それぞれ粒径や比重が異なるため、これらを従来のＬＥＤ 60 の如く、コーティング材中にそのまま混入した場合、コーティング材中に均一に分布せず、粒径や比重が等しい蛍光体粒子の種類毎にほぼ同じ箇所に固まって分布してしまうことがある。この場合、３種類の蛍光体粒子の発光色が十分に混色せず、色ムラが生じることとなる。
これに対し、本発明に係る発光ダイオードあっては、１つの蛍光ガラスに被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なっていることから、これら蛍光ガラスをコーティング材中に混入した場合、同じ種類の蛍光体粒子が同じ箇所に固まって分布することはなく、分散させることができる。従って、３種類の蛍光体粒子の発光色を十分に混色させることがで き、色ムラの生じることがない。
【００１０】
本発明の上記発光ダイオードは、次の方法で製造できる。
先ず、金属有機化合物と、水と、溶媒と、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応の調整剤と、蛍光材料とを調合して蛍光ガラス材料溶液を作製し、
また、赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を混合し、
次に、上記蛍光ガラス材料溶液に、混合された上記３種類の蛍光体粒子を加えて、混練することによりペーストを形成し、
その後、上記ペーストを加熱して、上記溶媒を蒸発させると共に、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応を一部進行させることにより、蛍光ガラス材料より成る固形体を形成し、
次に、上記固形体を粉砕して所定粒径を有する多数の粒体と成し、以て、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なるものを多数形成し、
さらに、上記粒体を加熱・焼成して、粒体を構成している蛍光ガラス材料を蛍光ガラスと成し、以て、蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を形成し、
さらに、上記蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を、リフレクタ内に充填した上記コーティング材中に混入することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明に係るＬＥＤの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係るＬＥＤ10を示す概略断面図であり、この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の表面（上面及び側面）は、リフレクタ14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22によって被覆・封止されている。
【００１２】
また、上記コーティング材22中には、蛍光ガラス24で被覆された多数の蛍光体粒子26（図２参照）が分散状態で混入されている。
すなわち、図２に拡大して示すように、上記ＬＥＤチップ16から発光される紫外光等の光を波長変換して、赤色可視光に変換する赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色可視光に変換する緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色可視光に変換する青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３個の蛍光体粒子26が、１つの蛍光ガラス24で被覆されている。
もっとも、後述の方法を用いて、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆する場合、図２に示すような赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３個の蛍光体粒子26が１つの蛍光ガラス24で被覆されたものだけが形成される訳ではなく、実際には、図３に示すように、１つの蛍光ガラス24で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。
本発明のＬＥＤ10にあっては、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３種類を用いており、この結果、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光の３色が混色して白色光が発光されるようになっている。
【００１３】
上記蛍光ガラス24は、ＬＥＤチップ16から発光される紫外光等の光を所定波長の可視光等の光に変換するものである。該蛍光ガラス24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、ガラス材料としては、例えば、酸化物ガラス、珪酸系ガラス、フツ燐酸塩系ガラス等を用いることができる。
また蛍光材料としては、例えば、希土類元素の２価及び３価のＥｕ、Ｔｂ、Ｓｍ等、或いは、Ｍｎ、Ｚｎ等を単体或いは複数組み合わせて用いることができる。蛍光材料を構成するこれら元素の原子は、通常陽イオン状態となっており、ＬＥＤチップ16から発光された紫外光等の照射を受けて励起され、イオン固有の色の可視光を発光するものである
【００１４】
本発明においては、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂの中で、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色と、同一の発光色を有する蛍光ガラス24を用いるようにしている。この結果、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色を、蛍光ガラス24の発光色によって補うことができる。
例えば、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒの発光強度が最も小さい場合には、赤色発光用の蛍光ガラス24が用いられる。
この赤色発光用の蛍光ガラス24としては、金属有機化合物、例えば、金属アルコキシド、一般式Ｍ（ＯＲ）n（Ｍ：金属元素、Ｒ：アルキル基、ｎ：金属の酸化数）等の非晶質母体中に、発光中心（蛍光材料）として、例えば、Ｅｕ３＋やＭｎイオン、Ｓｍイオン等をドープした組成のもの、一例として、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はその４量体に、Ｅｕ３＋源としてＥｕ（ＮＯ３）３を使用して、上記非晶質母体中にＥｕ３＋をドープしたもの等が該当する。
また、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇの発光強度が最も小さい場合には、緑色発光用の蛍光ガラス24が用いられる。
この緑色発光用の蛍光ガラス24としては、金属有機化合物、例えば、金属アルコキシド、一般式Ｍ（ＯＲ）n（Ｍ：金属元素、Ｒ：アルキル基、ｎ：金属の酸化数）等の非晶質母体中に、発光中心（蛍光材料）として、例えば、Ｔｂイオンをドープした組成のもの、一例として、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はその４量体に、Ｔｂイオン源としてＴｂ（ＮＯ３）３を使用して、上記非晶質母体中にＴｂイオンをドープしたもの等が該当する。
さらに、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの発光強度が最も小さい場合には、青色発光用の蛍光ガラス24が用いられる。
この青色発光用の蛍光ガラス24としては、金属有機化合物 例えば、金属アルコキシド、一般式Ｍ（ＯＲ）n（Ｍ：金属元素、Ｒ：アルキル基、ｎ：金属の酸化数）等の非晶質母体中に、発光中心（蛍光材料）として、例えば、Ｅｕ２＋等をドープした組成のもの、一例として、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はその４量体に、Ｅｕ２＋源としてＥｕ（ＮＯ３）３と、Ａｌイオン源としてＡｌ（ＮＯ３）３を使用して、上記非晶質母体中にＥｕ２＋、Ａｌイオンをドープしたもの等が該当する。
【００１５】
尚、上記蛍光体粒子26の平均粒径は、通常、約２μｍ〜４μｍ程度であるが、蛍光体粒子26の種類（赤色蛍光体粒子26Ｒ、緑色蛍光体粒子26Ｇ、青色蛍光体粒子26Ｂ）によって粒径や比重は異なるものである。
また、１個の蛍光体粒子26を被覆した蛍光ガラス24の平均粒径は、２．５μｍ〜５μｍ程度、２〜３個の蛍光体粒子26を被覆した蛍光ガラス24の平均粒径は、１２μｍ〜１５μｍ程度である。
【００１６】
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を有するエポキシ樹脂等より成る透光性樹脂材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、透光性樹脂材24の下端部を貫通して透光性樹脂材30外部へと導出されている。
尚、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。
【００１７】
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が発光して紫外光等の光が放射される。
この光が、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂに照射されることにより波長変換されて、それぞれ赤色可視光、緑色可視光、青色可視光が発光される。 また、上記の通り、蛍光ガラス24は、３種類の蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂの中で、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色と、同じ色の発光色を有することから、ＬＥＤチップ16の光が蛍光ガラス24に照射されると、この光は波長変換されて、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光の何れかが発光されることとなる。
そして、蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂ及び蛍光ガラス24から発光された赤色可視光、緑色可視光、青色可視光が混色して白色光となり、この白色光が透光性樹脂材30の凸レンズ部28で集光されて外部へ放射されるのである。
【００１８】
本発明のＬＥＤ10にあっては、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆しているので、蛍光ガラス24中の蛍光体粒子26と、他の蛍光ガラス24中の蛍光体粒子26との間に、少なくとも蛍光ガラス24の厚さに相当する分の間隔が確保される。この結果、蛍光体粒子26同士での光の吸収が低減されることとなり、従来のＬＥＤ60に比べて、蛍光体粒子26で波長変換された光の取出し効率を向上させることができる。しかも、蛍光ガラス24からも光が発光されるため、蛍光体粒子26で波長変換された光の取出し効率の向上と相俟って、ＬＥＤ10の輝度を向上させることができる。
勿論、上記蛍光ガラス24は、透明体であり透光性を有しているため、蛍光体粒子26から発光された光が蛍光ガラス24によって吸収されることもない。
【００１９】
尚、上記透光性樹脂材30をエポキシ樹脂で構成した場合には、エポキシ樹脂は耐湿性が十分ではないため、ＬＥＤ10が高湿環境下で使用されると、空気中の水分が、透光性樹脂材30の表面からＬＥＤ10内部へ浸入することがあった。その場合、上記蛍光体粒子26がＺｎＳ、（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｓ等の硫化物系の蛍光体で構成されていると、蛍光体粒子26がＬＥＤ10内部に浸入した水分及びＬＥＤチップ16の光と反応して光分解し、表面に亜鉛金属等の構成金属元素を析出して黒色等に変色劣化してＬＥＤ10の輝度低下を招来することがある。
【００２０】
しかしながら、本発明のＬＥＤ10にあっては、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆しているので、当該蛍光ガラス24によって、水分が蛍光体粒子26に付着するのを防止でき、蛍光体粒子26の水分劣化に起因する輝度低下を防止することができる。
このため、硫化物系の蛍光体等、水分と反応し易い蛍光体粒子26を使用しても、蛍光体粒子26の変色劣化を生じることがなく、蛍光体選択の自由度が向上することとなる。
尚、硫化物系の蛍光体としては、例えば、３６０〜５００ｎｍ波長の光を受けて青色系の可視光を発光するＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、３６０〜５００ｎｍ波長の光を受けて緑色系の可視光を発光するＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、３６０〜５００ｎｍ波長の光を受けて赤色系の可視光を発光する（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＣａＳ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００２１】
上記においては、蛍光体粒子26として、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３種類を用いると共に、蛍光ガラス24として、蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂの中で、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色と同一の発光色を有するものを用いる場合を例に挙げて説明したが、蛍光体粒子26の種類や蛍光ガラス24の発光色はこれに限定されるものではない。
例えば、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒと緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ等、３原色（赤色、緑色、青色）中の何れか２つの発光色を有する２種類の蛍光体粒子26を用いると共に、青色発光用の蛍光ガラス24等、上記３原色の残りの１つの発光色を有する蛍光ガラス24を用いることにより、白色光を得るようにしても良い。
また、蛍光体粒子26の発光色と、蛍光ガラス24の発光色とを同一にすれば、蛍光体粒子26の発光と蛍光ガラス24の発光とが重畳して高輝度な発光を得ることができる。一方、蛍光体粒子26の発光色と、蛍光ガラス24の発光色とを異なるものにすれば、蛍光体粒子26の発光色と蛍光ガラス24の発光色との混色を得ることができる。
【００２２】
次に、上記蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆する方法について説明する。
先ず、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３等の金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等の金属有機化合物と、該金属有機化合物の加水分解のための水と、メタノール、DMF（ヂメチルフォルムアミド）等の溶媒と、アンモニア等、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応の調整剤と、希土類元素の２価及び３価のＥｕ、Ｔｂ、Ｓｍ等の蛍光材料（発光中心）とを調合し、均質で透明な溶液状態の蛍光ガラス材料を作製する。
【００２３】
また、上記赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂを所定量用意し、これらを十分に混合させておく。
尚、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒとしては、例えば、Ｍ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（Ｍは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの何れか１種）、0.5ＭｇＦ２・3.5ＭｇＯ・ＧｅＯ２：Ｍｎ、2ＭｇＯ・2ＬｉＯ２・Ｓｂ２Ｏ３：Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）3（ＰＯ4）：Ｓｎ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＣａＳｉＯ３：Ｐｂ，Ｍｎ等が該当する。
また、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇとしては、例えば、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ4：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ等が該当する。
更に、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂとしては、例えば、(ＳｒＣａＢａ)５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、Ｓｒ５（ＰＯ4）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ青色蛍光体、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、(Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ)１０(ＰＯ４)６Ｃｌ２：Ｅｕ等が該当する。
【００２４】
次に、上記蛍光ガラス材料溶液に、十分に混合された上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを加えて、混練することにより高粘度のペーストを形成する。この結果、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂは、蛍光ガラス材料で構成されたペースト中に分散されることとなる。
この場合、蛍光ガラス材料溶液と蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂとは、例えば、蛍光ガラス材料溶液１００グラムに対して、蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを１００グラム程度の割合で混合される。
【００２５】
次に、上記ペーストを約２００℃で、約１時間加熱すると、上記溶媒が蒸発する。また、金属有機化合物の加水分解・重合反応も一部進行して、蛍光ガラス材料より成る固形体が形成される。勿論、形成された固形体内には、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂが分散されている。
尚、約２００℃程度の温度での加熱では、金属有機化合物の重合反応が不十分なため、完全にはガラス化していない。
【００２６】
次に、ボールミルを用いて上記固形体を粉砕して、所定粒径を有する粒体とする。この場合、蛍光体粒子26に比べて、蛍光ガラス材料で構成された固形体の方が柔らかい（硬度が小さい）ため、固形体の部分で粉砕が生じることとなる。その結果、蛍光体粒子26が蛍光ガラス材料で被覆された状態の粒体を多数形成することができる。
尚、この場合、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子26の数は１個とは限らず、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。
【００２７】
次に、上記粒体を、還元雰囲気中において、約８００℃〜１０００℃で、約２時間、加熱・焼成する。その結果、粒体を構成している蛍光ガラス材料の重合が完全に進行してガラス化し、蛍光ガラス24が形成され、その結果、図２及び図３に示すような、蛍光ガラス24で被覆された蛍光体粒子26が構成される。
【００２８】
尚、上記方法により、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆した場合、上記約８００℃〜１０００℃での加熱・焼成の結果、蛍光体粒子26と蛍光ガラス24との界面においては、組成変化が生じているものと考えられる。
例えば、蛍光体粒子26が、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎであり、蛍光ガラス24が、ＳｉＯ２：Ｅｕ３＋である場合、両者の界面は、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７・ＳｉＯ２：Ｅｕ，Ｍｎに組成変化している。
このように、蛍光体粒子26と蛍光ガラス24との界面においては、蛍光体粒子26を構成する母体金属元素（Ｂａ，Ｍｇ，Ａｌ）が、蛍光ガラス24（ＳｉＯ２）中に浸透し、組成変化を生じている結果、蛍光体粒子26と蛍光ガラス24との結合は、非常に強固なものとなっている。
【００２９】
尚、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂは、それぞれ粒径や比重が異なるため、これらを従来のＬＥＤ60の如く、コーティング材中にそのまま混入した場合、コーティング材中に均一に分布せず、粒径や比重が等しい蛍光体粒子26の種類毎にほぼ同じ箇所に固まって分布してしまうことがある。この場合、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂの発光色が十分に混色せず、色ムラが生じることとなる。
【００３０】
これに対し、本発明にあっては、上記の通り、予め十分に混合させておいた蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを蛍光ガラス材料溶液に加えて混練するため、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂは、蛍光ガラス材料で構成されたペースト中に分散されることとなる。そして、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂが分散状態で混入されたペーストを、固形体と成した後粉砕して、蛍光体粒子26が蛍光ガラス材料で被覆された状態の粒体を形成すると、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。従って、上記粒体を加熱・焼成して蛍光ガラス24を構成した場合も、図３に示すように、１つの蛍光ガラス24で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。
【００３１】
このように、上記本発明方法を用いて、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを蛍光ガラス24で被覆すると、１つの蛍光ガラス24で被覆される蛍光体粒子26の数や種類が種々異なるものが多数形成されるため、これら蛍光ガラス24で被覆された蛍光体粒子26を、上記コーティング材22中に混入した場合には、同じ種類の蛍光体粒子26が同じ箇所に固まって分布することはなく、分散させることができる。従って、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂの発光色を十分に混色させることができ、色ムラの生じることがない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る発光ダイオードにあっては、コーティング材中に混入された赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を蛍光ガラスで被覆しているので、蛍光ガラス中の蛍光体粒子と、他の蛍光ガラス中の蛍光体粒子との間に、少なくとも蛍光ガラスの厚さに相当する分の間隔が確保され、この結果、蛍光体粒子同士での光の吸収が低減されることとなり、従来のＬＥＤ60に比べて、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率を向上させることができる。しかも、蛍光ガラスからも光が発光されるため、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率の向上と相俟って、発光ダイオードの輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＬＥＤの概略断面図である。
【図２】 蛍光ガラスで被覆された蛍光体粒子の一例を示す拡大断面図である。
【図３】 蛍光ガラスで被覆された蛍光体粒子の他の例を示す拡大断面図である。
【図４】 従来のＬＥＤランプの断面図である。
【符号の説明】
10 第１のＬＥＤ
12 第１のリードフレーム
14 リフレクタ
16 ＬＥＤチップ
18 第２のリードフレーム
22 コーティング材
24 蛍光ガラス
26 蛍光体粒子
30 透光性樹脂材
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光ダイオードチップ（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体粒子を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）に係り、特に、波長変換された光の取出し効率を向上させることができる高輝度な発光ダイオードとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長変換用の蛍光体粒子を備えた従来の発光ダイオード60は、図４に示すように、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の先端部62ａ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の底面に発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）66をＡｇペースト等を介して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の先端部68ａ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。
【０００３】
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・封止されており、また、上記コーティング材72中には、ＬＥＤチップ66から発光された紫外光等の光を所定波長の可視光等の光に変換する波長変換用の蛍光体粒子74が分散状態で混入されている。
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、先端に凸レンズ部76を有する透光性樹脂材78によって被覆・封止されている。
【０００４】
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が発光して光が放射され、この光が上記コーティング材72中の蛍光体粒子74に照射されることにより、所定波長の可視光等の光に波長変換され、波長変換された光が透光性樹脂材78の凸レンズ部76で集光されて外部へ放射されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＬＥＤ60にあっては、ＬＥＤ60の輝度向上を図るため、上記コーティング材72中に蛍光体粒子74を高密度に混入している。しかしながら、蛍光体粒子74をコーティング材72中に高密度で混入した結果、蛍光体粒子74間の間隔が微小となり、このため、蛍光体粒子74で波長変換された光の一部が、他の蛍光体粒子74に当たって吸収されてしまうことがあり、光の取出し効率が良好とはいえなかった。
【０００６】
本発明は、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、波長変換された光の取出し効率を向上させることができる高輝度な発光ダイオード及びその製造方法を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、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し、さらに、上記コーティング材中に、蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を混入して成る発光ダイオードであって、１つの蛍光ガラスに被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なっていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る発光ダイオードにあっては、コーティング材中に混入された赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を蛍光ガラスで被覆しているので、蛍光ガラス中の蛍光体粒子と、他の蛍光ガラス中の蛍光体粒子との間に、少なくとも蛍光ガラスの厚さに相当する分の間隔が確保され、この結果、蛍光体粒子同士での光の吸収が低減されることとなり、従来のＬＥＤ60に比べて、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率を向上させることができる。しかも、蛍光ガラスからも光が発光されるため、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率の向上と相俟って、発光ダイオードの輝度を向上させることができる。
【０００９】
尚、赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子は、それぞれ粒径や比重が異なるため、これらを従来のＬＥＤ 60 の如く、コーティング材中にそのまま混入した場合、コーティング材中に均一に分布せず、粒径や比重が等しい蛍光体粒子の種類毎にほぼ同じ箇所に固まって分布してしまうことがある。この場合、３種類の蛍光体粒子の発光色が十分に混色せず、色ムラが生じることとなる。
これに対し、本発明に係る発光ダイオードあっては、１つの蛍光ガラスに被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なっていることから、これら蛍光ガラスをコーティング材中に混入した場合、同じ種類の蛍光体粒子が同じ箇所に固まって分布することはなく、分散させることができる。従って、３種類の蛍光体粒子の発光色を十分に混色させることがで き、色ムラの生じることがない。
【００１０】
本発明の上記発光ダイオードは、次の方法で製造できる。
先ず、金属有機化合物と、水と、溶媒と、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応の調整剤と、蛍光材料とを調合して蛍光ガラス材料溶液を作製し、
また、赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を混合し、
次に、上記蛍光ガラス材料溶液に、混合された上記３種類の蛍光体粒子を加えて、混練することによりペーストを形成し、
その後、上記ペーストを加熱して、上記溶媒を蒸発させると共に、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応を一部進行させることにより、蛍光ガラス材料より成る固形体を形成し、
次に、上記固形体を粉砕して所定粒径を有する多数の粒体と成し、以て、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なるものを多数形成し、
さらに、上記粒体を加熱・焼成して、粒体を構成している蛍光ガラス材料を蛍光ガラスと成し、以て、蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を形成し、
さらに、上記蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を、リフレクタ内に充填した上記コーティング材中に混入することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明に係るＬＥＤの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係るＬＥＤ10を示す概略断面図であり、この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の表面（上面及び側面）は、リフレクタ14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22によって被覆・封止されている。
【００１２】
また、上記コーティング材22中には、蛍光ガラス24で被覆された多数の蛍光体粒子26（図２参照）が分散状態で混入されている。
すなわち、図２に拡大して示すように、上記ＬＥＤチップ16から発光される紫外光等の光を波長変換して、赤色可視光に変換する赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色可視光に変換する緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色可視光に変換する青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３個の蛍光体粒子26が、１つの蛍光ガラス24で被覆されている。
もっとも、後述の方法を用いて、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆する場合、図２に示すような赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３個の蛍光体粒子26が１つの蛍光ガラス24で被覆されたものだけが形成される訳ではなく、実際には、図３に示すように、１つの蛍光ガラス24で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。
本発明のＬＥＤ10にあっては、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３種類を用いており、この結果、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光の３色が混色して白色光が発光されるようになっている。
【００１３】
上記蛍光ガラス24は、ＬＥＤチップ16から発光される紫外光等の光を所定波長の可視光等の光に変換するものである。該蛍光ガラス24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、ガラス材料としては、例えば、酸化物ガラス、珪酸系ガラス、フツ燐酸塩系ガラス等を用いることができる。
また蛍光材料としては、例えば、希土類元素の２価及び３価のＥｕ、Ｔｂ、Ｓｍ等、或いは、Ｍｎ、Ｚｎ等を単体或いは複数組み合わせて用いることができる。蛍光材料を構成するこれら元素の原子は、通常陽イオン状態となっており、ＬＥＤチップ16から発光された紫外光等の照射を受けて励起され、イオン固有の色の可視光を発光するものである
【００１４】
本発明においては、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂの中で、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色と、同一の発光色を有する蛍光ガラス24を用いるようにしている。この結果、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色を、蛍光ガラス24の発光色によって補うことができる。
例えば、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒの発光強度が最も小さい場合には、赤色発光用の蛍光ガラス24が用いられる。
この赤色発光用の蛍光ガラス24としては、金属有機化合物、例えば、金属アルコキシド、一般式Ｍ（ＯＲ）n（Ｍ：金属元素、Ｒ：アルキル基、ｎ：金属の酸化数）等の非晶質母体中に、発光中心（蛍光材料）として、例えば、Ｅｕ３＋やＭｎイオン、Ｓｍイオン等をドープした組成のもの、一例として、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はその４量体に、Ｅｕ３＋源としてＥｕ（ＮＯ３）３を使用して、上記非晶質母体中にＥｕ３＋をドープしたもの等が該当する。
また、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇの発光強度が最も小さい場合には、緑色発光用の蛍光ガラス24が用いられる。
この緑色発光用の蛍光ガラス24としては、金属有機化合物、例えば、金属アルコキシド、一般式Ｍ（ＯＲ）n（Ｍ：金属元素、Ｒ：アルキル基、ｎ：金属の酸化数）等の非晶質母体中に、発光中心（蛍光材料）として、例えば、Ｔｂイオンをドープした組成のもの、一例として、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はその４量体に、Ｔｂイオン源としてＴｂ（ＮＯ３）３を使用して、上記非晶質母体中にＴｂイオンをドープしたもの等が該当する。
さらに、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの発光強度が最も小さい場合には、青色発光用の蛍光ガラス24が用いられる。
この青色発光用の蛍光ガラス24としては、金属有機化合物 例えば、金属アルコキシド、一般式Ｍ（ＯＲ）n（Ｍ：金属元素、Ｒ：アルキル基、ｎ：金属の酸化数）等の非晶質母体中に、発光中心（蛍光材料）として、例えば、Ｅｕ２＋等をドープした組成のもの、一例として、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４又はその４量体に、Ｅｕ２＋源としてＥｕ（ＮＯ３）３と、Ａｌイオン源としてＡｌ（ＮＯ３）３を使用して、上記非晶質母体中にＥｕ２＋、Ａｌイオンをドープしたもの等が該当する。
【００１５】
尚、上記蛍光体粒子26の平均粒径は、通常、約２μｍ〜４μｍ程度であるが、蛍光体粒子26の種類（赤色蛍光体粒子26Ｒ、緑色蛍光体粒子26Ｇ、青色蛍光体粒子26Ｂ）によって粒径や比重は異なるものである。
また、１個の蛍光体粒子26を被覆した蛍光ガラス24の平均粒径は、２．５μｍ〜５μｍ程度、２〜３個の蛍光体粒子26を被覆した蛍光ガラス24の平均粒径は、１２μｍ〜１５μｍ程度である。
【００１６】
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を有するエポキシ樹脂等より成る透光性樹脂材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、透光性樹脂材24の下端部を貫通して透光性樹脂材30外部へと導出されている。
尚、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。
【００１７】
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が発光して紫外光等の光が放射される。
この光が、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂに照射されることにより波長変換されて、それぞれ赤色可視光、緑色可視光、青色可視光が発光される。 また、上記の通り、蛍光ガラス24は、３種類の蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂの中で、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色と、同じ色の発光色を有することから、ＬＥＤチップ16の光が蛍光ガラス24に照射されると、この光は波長変換されて、赤色可視光、緑色可視光、青色可視光の何れかが発光されることとなる。
そして、蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂ及び蛍光ガラス24から発光された赤色可視光、緑色可視光、青色可視光が混色して白色光となり、この白色光が透光性樹脂材30の凸レンズ部28で集光されて外部へ放射されるのである。
【００１８】
本発明のＬＥＤ10にあっては、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆しているので、蛍光ガラス24中の蛍光体粒子26と、他の蛍光ガラス24中の蛍光体粒子26との間に、少なくとも蛍光ガラス24の厚さに相当する分の間隔が確保される。この結果、蛍光体粒子26同士での光の吸収が低減されることとなり、従来のＬＥＤ60に比べて、蛍光体粒子26で波長変換された光の取出し効率を向上させることができる。しかも、蛍光ガラス24からも光が発光されるため、蛍光体粒子26で波長変換された光の取出し効率の向上と相俟って、ＬＥＤ10の輝度を向上させることができる。
勿論、上記蛍光ガラス24は、透明体であり透光性を有しているため、蛍光体粒子26から発光された光が蛍光ガラス24によって吸収されることもない。
【００１９】
尚、上記透光性樹脂材30をエポキシ樹脂で構成した場合には、エポキシ樹脂は耐湿性が十分ではないため、ＬＥＤ10が高湿環境下で使用されると、空気中の水分が、透光性樹脂材30の表面からＬＥＤ10内部へ浸入することがあった。その場合、上記蛍光体粒子26がＺｎＳ、（Ｃｄ，Ｚｎ）Ｓ等の硫化物系の蛍光体で構成されていると、蛍光体粒子26がＬＥＤ10内部に浸入した水分及びＬＥＤチップ16の光と反応して光分解し、表面に亜鉛金属等の構成金属元素を析出して黒色等に変色劣化してＬＥＤ10の輝度低下を招来することがある。
【００２０】
しかしながら、本発明のＬＥＤ10にあっては、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆しているので、当該蛍光ガラス24によって、水分が蛍光体粒子26に付着するのを防止でき、蛍光体粒子26の水分劣化に起因する輝度低下を防止することができる。
このため、硫化物系の蛍光体等、水分と反応し易い蛍光体粒子26を使用しても、蛍光体粒子26の変色劣化を生じることがなく、蛍光体選択の自由度が向上することとなる。
尚、硫化物系の蛍光体としては、例えば、３６０〜５００ｎｍ波長の光を受けて青色系の可視光を発光するＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、３６０〜５００ｎｍ波長の光を受けて緑色系の可視光を発光するＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、３６０〜５００ｎｍ波長の光を受けて赤色系の可視光を発光する（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＣａＳ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００２１】
上記においては、蛍光体粒子26として、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂの３種類を用いると共に、蛍光ガラス24として、蛍光体粒子26Ｒ、26Ｇ、26Ｂの中で、最も発光強度の小さい蛍光体粒子26の発光色と同一の発光色を有するものを用いる場合を例に挙げて説明したが、蛍光体粒子26の種類や蛍光ガラス24の発光色はこれに限定されるものではない。
例えば、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒと緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ等、３原色（赤色、緑色、青色）中の何れか２つの発光色を有する２種類の蛍光体粒子26を用いると共に、青色発光用の蛍光ガラス24等、上記３原色の残りの１つの発光色を有する蛍光ガラス24を用いることにより、白色光を得るようにしても良い。
また、蛍光体粒子26の発光色と、蛍光ガラス24の発光色とを同一にすれば、蛍光体粒子26の発光と蛍光ガラス24の発光とが重畳して高輝度な発光を得ることができる。一方、蛍光体粒子26の発光色と、蛍光ガラス24の発光色とを異なるものにすれば、蛍光体粒子26の発光色と蛍光ガラス24の発光色との混色を得ることができる。
【００２２】
次に、上記蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆する方法について説明する。
先ず、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３等の金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等の金属有機化合物と、該金属有機化合物の加水分解のための水と、メタノール、DMF（ヂメチルフォルムアミド）等の溶媒と、アンモニア等、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応の調整剤と、希土類元素の２価及び３価のＥｕ、Ｔｂ、Ｓｍ等の蛍光材料（発光中心）とを調合し、均質で透明な溶液状態の蛍光ガラス材料を作製する。
【００２３】
また、上記赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒ、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇ、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂを所定量用意し、これらを十分に混合させておく。
尚、赤色発光用の蛍光体粒子26Ｒとしては、例えば、Ｍ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（Ｍは、Ｌａ、Ｇｄ、Ｙの何れか１種）、0.5ＭｇＦ２・3.5ＭｇＯ・ＧｅＯ２：Ｍｎ、2ＭｇＯ・2ＬｉＯ２・Ｓｂ２Ｏ３：Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）3（ＰＯ4）：Ｓｎ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＣａＳｉＯ３：Ｐｂ，Ｍｎ等が該当する。
また、緑色発光用の蛍光体粒子26Ｇとしては、例えば、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ4：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｍｎ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、ＬａＰＯ4：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ，Ｄｙ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ等が該当する。
更に、青色発光用の蛍光体粒子26Ｂとしては、例えば、(ＳｒＣａＢａ)５(ＰＯ４)３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、（ＳｒＭｇ）２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、Ｓｒ５（ＰＯ4）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＣａＷＯ4、ＣａＷＯ4：Ｐｂ青色蛍光体、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、(Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ)１０(ＰＯ４)６Ｃｌ２：Ｅｕ等が該当する。
【００２４】
次に、上記蛍光ガラス材料溶液に、十分に混合された上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを加えて、混練することにより高粘度のペーストを形成する。この結果、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂは、蛍光ガラス材料で構成されたペースト中に分散されることとなる。
この場合、蛍光ガラス材料溶液と蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂとは、例えば、蛍光ガラス材料溶液１００グラムに対して、蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを１００グラム程度の割合で混合される。
【００２５】
次に、上記ペーストを約２００℃で、約１時間加熱すると、上記溶媒が蒸発する。また、金属有機化合物の加水分解・重合反応も一部進行して、蛍光ガラス材料より成る固形体が形成される。勿論、形成された固形体内には、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂが分散されている。
尚、約２００℃程度の温度での加熱では、金属有機化合物の重合反応が不十分なため、完全にはガラス化していない。
【００２６】
次に、ボールミルを用いて上記固形体を粉砕して、所定粒径を有する粒体とする。この場合、蛍光体粒子26に比べて、蛍光ガラス材料で構成された固形体の方が柔らかい（硬度が小さい）ため、固形体の部分で粉砕が生じることとなる。その結果、蛍光体粒子26が蛍光ガラス材料で被覆された状態の粒体を多数形成することができる。
尚、この場合、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子26の数は１個とは限らず、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。
【００２７】
次に、上記粒体を、還元雰囲気中において、約８００℃〜１０００℃で、約２時間、加熱・焼成する。その結果、粒体を構成している蛍光ガラス材料の重合が完全に進行してガラス化し、蛍光ガラス24が形成され、その結果、図２及び図３に示すような、蛍光ガラス24で被覆された蛍光体粒子26が構成される。
【００２８】
尚、上記方法により、蛍光体粒子26を蛍光ガラス24で被覆した場合、上記約８００℃〜１０００℃での加熱・焼成の結果、蛍光体粒子26と蛍光ガラス24との界面においては、組成変化が生じているものと考えられる。
例えば、蛍光体粒子26が、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎであり、蛍光ガラス24が、ＳｉＯ２：Ｅｕ３＋である場合、両者の界面は、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７・ＳｉＯ２：Ｅｕ，Ｍｎに組成変化している。
このように、蛍光体粒子26と蛍光ガラス24との界面においては、蛍光体粒子26を構成する母体金属元素（Ｂａ，Ｍｇ，Ａｌ）が、蛍光ガラス24（ＳｉＯ２）中に浸透し、組成変化を生じている結果、蛍光体粒子26と蛍光ガラス24との結合は、非常に強固なものとなっている。
【００２９】
尚、上記３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂは、それぞれ粒径や比重が異なるため、これらを従来のＬＥＤ60の如く、コーティング材中にそのまま混入した場合、コーティング材中に均一に分布せず、粒径や比重が等しい蛍光体粒子26の種類毎にほぼ同じ箇所に固まって分布してしまうことがある。この場合、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂの発光色が十分に混色せず、色ムラが生じることとなる。
【００３０】
これに対し、本発明にあっては、上記の通り、予め十分に混合させておいた蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを蛍光ガラス材料溶液に加えて混練するため、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂは、蛍光ガラス材料で構成されたペースト中に分散されることとなる。そして、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂが分散状態で混入されたペーストを、固形体と成した後粉砕して、蛍光体粒子26が蛍光ガラス材料で被覆された状態の粒体を形成すると、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。従って、上記粒体を加熱・焼成して蛍光ガラス24を構成した場合も、図３に示すように、１つの蛍光ガラス24で被覆される蛍光体粒子26の数や種類は種々異なることとなる。
【００３１】
このように、上記本発明方法を用いて、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂを蛍光ガラス24で被覆すると、１つの蛍光ガラス24で被覆される蛍光体粒子26の数や種類が種々異なるものが多数形成されるため、これら蛍光ガラス24で被覆された蛍光体粒子26を、上記コーティング材22中に混入した場合には、同じ種類の蛍光体粒子26が同じ箇所に固まって分布することはなく、分散させることができる。従って、３種類の蛍光体粒子26Ｒ，26Ｇ，26Ｂの発光色を十分に混色させることができ、色ムラの生じることがない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る発光ダイオードにあっては、コーティング材中に混入された赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を蛍光ガラスで被覆しているので、蛍光ガラス中の蛍光体粒子と、他の蛍光ガラス中の蛍光体粒子との間に、少なくとも蛍光ガラスの厚さに相当する分の間隔が確保され、この結果、蛍光体粒子同士での光の吸収が低減されることとなり、従来のＬＥＤ60に比べて、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率を向上させることができる。しかも、蛍光ガラスからも光が発光されるため、蛍光体粒子で波長変換された光の取出し効率の向上と相俟って、発光ダイオードの輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＬＥＤの概略断面図である。
【図２】 蛍光ガラスで被覆された蛍光体粒子の一例を示す拡大断面図である。
【図３】 蛍光ガラスで被覆された蛍光体粒子の他の例を示す拡大断面図である。
【図４】 従来のＬＥＤランプの断面図である。
【符号の説明】
10 第１のＬＥＤ
12 第１のリードフレーム
14 リフレクタ
16 ＬＥＤチップ
18 第２のリードフレーム
22 コーティング材
24 蛍光ガラス
26 蛍光体粒子
30 透光性樹脂材
Claims (2)
- 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し、さらに、上記コーティング材中に、蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を混入して成る発光ダイオードであって、１つの蛍光ガラスに被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なっていることを特徴とする発光ダイオード。
- 請求項１に記載の発光ダイオードの製造方法であって、
先ず、金属有機化合物と、水と、溶媒と、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応の調整剤と、蛍光材料とを調合して蛍光ガラス材料溶液を作製し、
また、赤色発光用の蛍光体粒子、緑色発光用の蛍光体粒子、青色発光用の蛍光体粒子を混合し、
次に、上記蛍光ガラス材料溶液に、混合された上記３種類の蛍光体粒子を加えて、混練することによりペーストを形成し、
その後、上記ペーストを加熱して、上記溶媒を蒸発させると共に、上記金属有機化合物の加水分解・重合反応を一部進行させることにより、蛍光ガラス材料より成る固形体を形成し、
次に、上記固形体を粉砕して所定粒径を有する多数の粒体と成し、以て、各粒体を構成する蛍光ガラス材料で被覆される蛍光体粒子の数や種類が種々異なるものを多数形成し、
さらに、上記粒体を加熱・焼成して、粒体を構成している蛍光ガラス材料を蛍光ガラスと成し、以て、蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を形成し、
さらに、上記蛍光ガラスで被覆された赤色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された緑色発光用の蛍光体粒子、蛍光ガラスで被覆された青色発光用の蛍光体粒子を、リフレクタ内に充填した上記コーティング材中に混入することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
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