JP4263051B2 - 発光ダイオード - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えてなり、表示装置、照明、液晶のバックライト等に利用される発光ダイオードに関する。
発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は、ｐｎ接合を有する半導体発光素子であるＬＥＤ素子を備えた発光装置であり、サイズが小さく、消費電力、発光特性、耐久性など様々な優れた特徴を有している。このため、各種のインジケータ及び光源として利用されている。現在では、紫外、青、緑、赤など様々な波長の光を発光するＬＥＤが開発されている。特に、赤、緑、青の夫々の光を発光する３つのＬＥＤ素子を搭載し、各ＬＥＤ素子の発光強度を調整して任意の色の発光が可能なＬＥＤが実用化されており、フルカラーのディスプレイ等に用いられている。また、夫々に発光波長が異なる複数のＬＥＤ素子を一つのＬＥＤに搭載するか、又はＬＥＤ素子からの発光波長を変換する蛍光体をＬＥＤ素子と組み合わせることによって、白色光を発光するＬＥＤが開発されており、照明または液晶のバックライト等に利用され始めている。
図９は、従来のＬＥＤの正面断面図である。ＬＥＤは、リードフレーム３及び４を備え、リードフレーム３の端部には凹部３ａが設けられている。凹部３ａの底部には、複数の半導体層を積層してなるＬＥＤ素子１がダイボンディングにより接着固定されており、ＬＥＤ素子１の一方の電極は、金線５によりリードフレーム３とワイヤボンディングされ、他方の電極は金線５によりリードフレーム４とワイヤボンディングされている。凹部３ａ内には透光性樹脂が充填されており、ＬＥＤ素子１を覆う被覆部２が形成されている。被覆部２が形成されたリードフレーム３及び４の端部は、先端部が凸上のレンズ部をなす、透光性樹脂製のモールド部６に収納されている。被覆部２を形成する透光性樹脂は、ＬＥＤ素子１からの発光波長を変換する蛍光体を含んでおり、例えば、ＬＥＤ素子１を青色を発光するＬＥＤ素子１とし、青色光をより長波長の光に変換する蛍光体を用いた場合は、青色光の一部がより長波長の光に変換されて、ＬＥＤは白色光を発光する。以上の如きＬＥＤの例は、特許文献１〜３に開示されている。また、被覆部２を備えていない単色のＬＥＤ、及び被覆部２を備えずにモールド部６が蛍光体を含んでいるＬＥＤも広く利用されている。
特許第２９２７２７９号公報
特許第３０３６４６５号公報
特許第３１５２２３８号公報
特開２００１−４８５７５号公報
従来のＬＥＤでは、モールド部６を形成する透光性樹脂としてエポキシ樹脂が主に用いられており、また、被覆部２を形成する透光性樹脂としてはエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などが用いられている。ＬＥＤ素子１として、青色光または紫外光などの短波長の光を発光するＬＥＤ素子１を用いた場合、エポキシ樹脂などの樹脂は、短波長の光によって黄変などの劣化を起こす特性があるため、これらの樹脂を用いて被覆部２又はモールド部６を形成しているＬＥＤは、長期間の使用により発光効率が低下するという問題がある。また、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂などの樹脂は、水分に対するシールド性が不十分であるため、これらの樹脂を用いて被覆部２又はモールド部６を形成しているＬＥＤは、湿度によりＬＥＤ素子１又は蛍光体が劣化し、使用に伴って色および光
度が変化するという問題がある。
度が変化するという問題がある。
一方、短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性について樹脂よりも優れている透光性材料としては、酸化珪素を主成分とするガラスが知られている。一般のガラス製品に用いられているソーダガラスは、融点が６００℃程度であるため、融解したソーダガラスでＬＥＤ素子１を覆い、冷却してソーダガラスを固化させて被覆部２又はモールド部６を形成しようとしたときには、融解したソーダガラスの熱によってＬＥＤ素子１が損傷することとなり、ソーダガラスを用いて被覆部２又はモールド部６を形成することはできない。また、所謂低融点ガラスと呼ばれる鉛を含んだ鉛ガラスでも、融点が４００℃程度であり、ＬＥＤ素子１を損傷せずに被覆部２又はモールド部６を形成することは困難である。特許文献４には、融点が２５０℃〜５００℃である鉛を含まない低融点ガラスが開示されている。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、従来のガラスに比べて低い温度の３００℃以下で軟化する低融点のガラスを用いてＬＥＤ素子を損傷せずに被覆部を形成することにより、色および光度の変化を抑制することができるＬＥＤを提供することにある。
第１発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、前記被覆部は、一又は複数のＲn ＳｉＯ2-n/2 の成分からなり、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする。但し、ｎは整数の１又は２であり、Ｒは、フェニル基（Ｃ6 Ｈ5 −）、エチル基（Ｃ2 Ｈ5−）、メチル基（ＣＨ3−）、ベンゾイル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＯ−）、ベンジル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＨ2−）、又はビニル基（ＣＨ2 ＝ＣＨ−）である。
第２発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、前記被覆部は、ａモル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（Ｃ6Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。
第３発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、前記被覆部は、ａモル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（ＣＨ3）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。
第４発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、前記被覆部は、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（Ｃ6Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。
第５発明に係る発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、前記被覆部は、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（ＣＨ3）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。
第６発明に係る発光ダイオードは、ａ＝６０〜９０、ｂ＝１０〜４０であることを特徴とする。
第１、第２、第３、第４、第５及び第６発明においては、ＬＥＤ素子を覆う被覆部を備えたＬＥＤにて、Ｒn ＳｉＯ2-n/2 を組成としたガラスを用いて被覆部を形成することにより、短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性が向上する。
第７発明に係る発光ダイオードは、前記ガラスは、軟化温度が−４０℃から３００℃であることを特徴とする。
第７発明においては、被覆部を形成するガラスは、軟化温度が−４０℃から３００℃であるため、３００℃以下で軟化し、ＬＥＤ素子を損傷することなく被覆部を形成できる。
第８発明に係る発光ダイオードは、前記ガラスは、前記軟化温度の範囲で繰り返し再溶融が可能であることを特徴とする。
第８発明においては、被覆部を形成するガラスは、３００℃以下での繰り返し再溶融が可能であり、被覆部の加工が容易となる。
第９発明に係る発光ダイオードは、前記ガラスは、前記軟化温度の範囲で所定回数に限った溶融が可能であることを特徴とする。
第９発明においては、被覆部を形成するガラスは、３００℃以下での所定回数に限った溶融が可能となっており、所定回数の溶融が行われた後は、温度が上昇しても被覆部が溶融しない。
第１０発明に係る発光ダイオードは、前記被覆部は、一若しくは複数種類の顔料、又は前記発光ダイオード素子の発光波長を変換する蛍光体を、前記ガラスに更に添加してなることを特徴とする。
第１０発明においては、被覆部は、ガラスに顔料または蛍光体を添加してなり、ＬＥＤの発光色が調整される。
第１１発明に係る発光ダイオードは、凹部を有するリードフレームを更に備え、前記発光ダイオード素子は、前記凹部の底部に配設されてあり、前記被覆部は、前記発光ダイオード素子が底部に配設された前記凹部内を充填してなり、前記凹部及び前記被覆部を覆う透光性のモールド部を更に備えることを特徴とする。
第１１発明においては、ＬＥＤ素子は、リードフレームの端部の凹部に設けられ、ＬＥＤ素子が設けられた凹部をガラスで充填して被覆部が形成され、凹部および被覆部は更に透光性のモールド部に覆われている。
第１２発明に係る発光ダイオードは、前記被覆部は、前記凹部の縁部が作る面よりも底部に近い位置で前記凹部内を充填してあることを特徴とする。
第１２発明においては、凹部の縁部が作る面よりも底部に近い位置で凹部内を充填して被覆部が形成されているため、ＬＥＤが発光する光の放射方向が凹部の開口方向へ制限される。
第１３発明に係る発光ダイオードは、配線基板を更に備え、前記発光ダイオード素子は
、前記配線基盤上に実装されてあることを特徴とする。
、前記配線基盤上に実装されてあることを特徴とする。
第１３発明においては、本発明のＬＥＤは表面実装型ＬＥＤである。
第１４発明に係る発光ダイオードは、前記発光ダイオード素子は、発光波長が２８０ｎｍから４５０ｎｍであることを特徴とする。
第１４発明においては、ＬＥＤ素子の発光波長が２８０ｎｍから４５０ｎｍの短波長領域である。
第１、第２、第３、第４、第５及び第６発明においては、ＬＥＤ素子を覆う被覆部を備えたＬＥＤにて、Ｒn ＳｉＯ2-n/2 を組成としたガラスを用いて被覆部を形成することにより、短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性が向上し、ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。
第７発明においては、被覆部を形成するガラスは、軟化温度が−４０℃から３００℃であるため、３００℃以下で融解し、ＬＥＤ素子を損傷することなく被覆部を形成でき、短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性が向上して耐久性および品質が向上したＬＥＤを実現することができる。
第８発明においては、被覆部を形成するガラスは、３００℃以下での繰り返し再溶融が可能であり、容易に被覆部を加工してＬＥＤを製造することができる。
第９発明においては、被覆部を形成するガラスは、３００℃以下での所定回数に限った溶融が可能となっているため、製造時に所定回数の溶融が行われた後は、温度が上昇しても被覆部が溶融せず、ＬＥＤの耐久性が向上する。
第１０発明においては、被覆部は、ガラスに顔料または蛍光体を添加してなるため、用途に合わせて発光色を調整したＬＥＤを実現することができる。
第１１発明においては、ＬＥＤ素子は、リードフレームの端部の凹部に設けられ、ＬＥＤ素子が設けられた凹部をガラスで充填して被覆部が形成され、凹部および被覆部は更に透光性のモールド部に覆われているため、ＬＥＤ素子は被覆部およびモールド部で保護されて、ＬＥＤの耐久性が向上する。
第１２発明においては、凹部の縁部が作る面よりも底部に近い位置で凹部内を充填して被覆部が形成されているため、ＬＥＤが発光する光の放射方向が凹部の開口方向へ制限され、横方向へ漏れる光が少なくなり、ＬＥＤの発光効率が向上する。
第１３発明においては、耐久性および品質が向上した表面実装型ＬＥＤが実現される。
第１４発明においては、ＬＥＤ素子の発光波長が２８０ｎｍから４５０ｎｍの短波長領域であり、蛍光体と組み合わせることにより、照明などに利用できる発光効率が良く耐久性に優れた白色光源を実現することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明のＬＥＤを示す正面断面図である。ＬＥＤは、リードフレーム３及び４
を備え、リードフレーム３の端部には凹部３ａが設けられている。凹部３ａの底部には、複数の半導体層を積層してなるＬＥＤ素子１がダイボンディングにより接着固定されており、ＬＥＤ素子１の一方の電極は、金線５によりリードフレーム３とワイヤボンディングされ、他方の電極は金線５によりリードフレーム４とワイヤボンディングされている。凹部３ａ内には、凹部３ａの縁部が作る面よりも底部に近い位置で、本発明に係るガラスが充填されており、ＬＥＤ素子１を覆う被覆部２が形成されている。被覆部２が形成されたリードフレーム３及び４の端部は、先端部が凸上のレンズ部をなす、エポキシ樹脂製のモールド部６に収納されている。
（実施の形態１）
図１は、本発明のＬＥＤを示す正面断面図である。ＬＥＤは、リードフレーム３及び４
を備え、リードフレーム３の端部には凹部３ａが設けられている。凹部３ａの底部には、複数の半導体層を積層してなるＬＥＤ素子１がダイボンディングにより接着固定されており、ＬＥＤ素子１の一方の電極は、金線５によりリードフレーム３とワイヤボンディングされ、他方の電極は金線５によりリードフレーム４とワイヤボンディングされている。凹部３ａ内には、凹部３ａの縁部が作る面よりも底部に近い位置で、本発明に係るガラスが充填されており、ＬＥＤ素子１を覆う被覆部２が形成されている。被覆部２が形成されたリードフレーム３及び４の端部は、先端部が凸上のレンズ部をなす、エポキシ樹脂製のモールド部６に収納されている。
本発明に係るガラスは、軟化温度が−４０℃から３００℃である低融点ガラスである。実施の形態１に係る低融点ガラスは、９０モル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び１０モル％の（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とする。低融点ガラスの出発原料として、Ｃ6 Ｈ5 Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 （フェニルトリエトキシシラン：以下、ＰｈＴＥＳと言う）と、（Ｃ6 Ｈ5 ）2 Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 （ジフェニルジエトキシシラン：以下、ＤＰＤＥＳと言う）とを用いた。
次に、本実施の形態に係る低融点ガラスの製造方法を説明する。ＰｈＴＥＳ、溶液、水、酸触媒、塩基触媒の夫々が、３：１０：３：０．１：０．２のモル比になるように調整した溶液を製造する。ＰｈＴＥＳを含む溶液を生成してから２〜３時間経過した時点で、ＤＰＤＥＳの０．１Ｍエタノール溶液を、ＰｈＴＥＳを含む溶液に滴下し、空気中開放系で加水分解重縮合反応を行った。更に２〜３時間後、溶液にアンモニアを加えて完全に加水分解させた。次に室温で完全にゲル化させた後、オーブンを用いて、７０℃で一日、及び１１０℃で一日加熱して、残留エタノールを除去して縮重合反応を促進させ、ガラスの前駆体ゲルが得られる。得られたゲルを、空気中または減圧下で、アルミ容器またはフッ素樹脂容器を用いて１００℃〜２００℃で加熱して再融解することにより、本実施の形態に係る低融点ガラスを得た。減圧下で加熱する処理は、マントルヒータ又は真空乾燥機を用いて行った。本実施の形態に係る低融点ガラスは、９０モル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び１０モル％の（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とするが、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 と（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯとの割合はこれ以外の割合であっても良い。本発明に係る低融点ガラスは、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 の割合がａモル％、（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯの割合がｂモル％で、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とした割合の組成で実現することができる。特に、ａを６０〜９０、ｂを１０〜４０とした割合のときに、優れた特性が示される。
次に、低融点ガラスを用いた本発明のＬＥＤの製造方法を説明する。ＬＥＤ素子１を、凹部３ａの底部にダイボンディングした後、金線５でワイヤボンディングした。この凹部３ａ内に本実施の形態に係る低融点ガラスを充填し、１８０℃で加熱した後、室温まで冷却して被覆部２を作製した。更に、被覆部２、凹部３ａ、及びリードフレーム４の先端の周囲をエポキシ樹脂でモールドしてモールド部６を作製し、本発明のＬＥＤを得る。本発明に係るガラスは、従来のガラスに比べて軟化温度が低く、溶融したガラスで凹部３ａ内を充填する際の作業温度が３００℃以下であるため、ＬＥＤ素子１を損傷せずに被覆部２を形成することが可能となる。
次に、本発明のＬＥＤと従来のＬＥＤとの比較実験の結果を示す。６３０ｎｍにピーク波長を持つＬＥＤ素子１を用いて製造した本発明のＬＥＤと、同様のＬＥＤ素子１を用い、エポキシ樹脂を用いて被覆部２を形成した従来のＬＥＤとの水分に対するシールド性の比較を行った。本発明のＬＥＤと従来のＬＥＤとを、共に点灯させずに、温度８５℃、湿度８５％の恒温・恒湿槽に１０００時間放置した後、点灯させて光度を比較した。図２は、本発明のＬＥＤと従来のＬＥＤとの光度の変化を示した図表である。この比較実験においては、実験前の光度を１００として、従来のＬＥＤの光度が７０であったのに対して、本発明のＬＥＤは光度が９８であり、本発明のＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて光度の低
下を抑制することが確認された。ガラスは、エポキシ樹脂に比べて水分に対するシールド性に優れているため、被覆部２にガラスを用いた本発明のＬＥＤは、被覆部２にエポキシ樹脂を用いた従来のＬＥＤに比べて、空気中の水分によるＬＥＤ素子の劣化を低減させ、ＬＥＤの耐久性が向上する。
下を抑制することが確認された。ガラスは、エポキシ樹脂に比べて水分に対するシールド性に優れているため、被覆部２にガラスを用いた本発明のＬＥＤは、被覆部２にエポキシ樹脂を用いた従来のＬＥＤに比べて、空気中の水分によるＬＥＤ素子の劣化を低減させ、ＬＥＤの耐久性が向上する。
次に、光に対する耐性についての比較実験の結果を示す。４５０ｎｍにピーク波長を持つＬＥＤ素子１を用いて製造した本発明のＬＥＤと、同様のＬＥＤ素子１を用い、エポキシ樹脂を用いて被覆部２を形成した従来のＬＥＤとを、共に２０ｍＡの電流を流して点灯させ、温度２５℃、湿度３０％の恒温・恒湿槽に１０００時間放置した後、光度を比較した。図３は、本発明のＬＥＤと従来のＬＥＤとの光度の変化を示した図表である。温度２５℃及び湿度３０％の条件は、ＬＥＤの通常の使用条件である。この比較実験においては、実験前の光度を１００として、従来のＬＥＤの光度が７０まで低減したのに対して、本発明のＬＥＤの光度は９０までの低減でとどまっており、本発明のＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて光度の低下を抑制することが確認された。ガラスは、エポキシ樹脂に比べて、光の照射による黄変などの劣化が小さく、被覆部２にガラスを用いた本発明のＬＥＤは、被覆部２にエポキシ樹脂を用いた従来のＬＥＤに比べて、光に対する被覆部２の劣化が小さく、長時間の使用後での色および光度の変化を抑制して、ＬＥＤの品質が向上する。
本発明のＬＥＤは、蛍光体を用いてＬＥＤ素子１の発光波長を変換するＬＥＤであってもよい。ＬＥＤ素子１を、凹部３ａの底部にダイボンディングした後、金線５でワイヤボンディングした。この凹部３ａ内に、蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加した本実施の形態に係る低融点ガラスを充填し、１８０℃で加熱した後、室温まで冷却して被覆部２を作製した。更に、被覆部２、凹部３ａ、及びリードフレーム４の先端の周囲をエポキシ樹脂でモールドしてモールド部６を作製し、本発明のＬＥＤを得る。蛍光体ＣａＳ：Ｃｅは、青色光をより波長の長い光へ変換する蛍光体である。ＬＥＤ素子１から発光した青色光は、被覆部２に含まれる蛍光体ＣａＳ：Ｃｅに一部が吸収され、より長い波長の光が被覆部２から発光し、全体としてＬＥＤから白色光が発光する。
次に、以上の如き蛍光体を用いた白色ＬＥＤである本発明のＬＥＤと従来の白色ＬＥＤとの比較実験の結果を示す。４６０ｎｍにピーク波長を持つＬＥＤ素子１を用い、蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加した低融点ガラスで被覆部２を形成した本発明のＬＥＤと、同様のＬＥＤ素子１を用い、蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加したエポキシ樹脂で被覆部２を形成した従来のＬＥＤとを、共に点灯させずに、温度８５℃、湿度８５％の恒温・恒湿槽に１０００時間放置した後、点灯させて光度を比較した。図４は、本発明のＬＥＤと従来のＬＥＤとの光度の変化を示した図表である。この比較実験においては、実験前の光度を１００として、従来のＬＥＤの光度が５８であったのに対して、本発明のＬＥＤは光度が９２であり、本発明のＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて光度の低下を抑制することが確認された。蛍光体ＣａＳ：Ｃｅは、水分によって劣化するため、エポキシ樹脂よりも水分に対するシールド性に優れているガラスを用いて被覆部２を形成している本発明のＬＥＤは、湿気による蛍光体ＣａＳ：Ｃｅの劣化を低減し、ＬＥＤの耐久性が向上する。
また、本発明に係るガラスである低融点ガラスは、組成を調整して、３００℃以下の温度で繰り返し再溶融が可能な特性を持たせても良い。この場合は、低融点ガラスの加工が容易となる。また、低融点ガラスは、組成を調整して、３００℃以下の温度での再溶融は一度のみ可能にする等、所定回数に限った溶融が可能な特性を持たせても良い。この場合は、ＬＥＤの使用中に温度が上昇した場合でも被覆部２が溶融せず、耐久性のあるＬＥＤを実現することができる。
以上詳述した如く、本発明のＬＥＤは、ＬＥＤ素子１を被覆する被覆部２を、低融点ガラスを用いて形成しているため、被覆部２に樹脂を用いている従来のＬＥＤに比べて、水
分に対するシールド性、及び光による劣化に対する耐久性が優れており、長時間使用後の色および光度の変化が小さく、ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。また、本発明においては、被覆部２は、凹部３ａの縁部が作る面よりも底部に近い位置で凹部３ａの内部を低融点ガラスが充填して形成されているため、ＬＥＤ素子１及び被覆部２から発光した光は、凹部３ａの開口方向へ放射され、凹部３ａの縁部が作る面から盛り上がって被覆部２が形成されている従来のＬＥＤに比べて、被覆部２内で散乱して横方向へ漏れる光が少なくなり、ＬＥＤの発光効率が向上する。従って、本発明のＬＥＤを表示装置、ディスプレイ、照明、液晶のバックライト等の装置に利用した場合、これらの装置の信頼性が向上する。
分に対するシールド性、及び光による劣化に対する耐久性が優れており、長時間使用後の色および光度の変化が小さく、ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。また、本発明においては、被覆部２は、凹部３ａの縁部が作る面よりも底部に近い位置で凹部３ａの内部を低融点ガラスが充填して形成されているため、ＬＥＤ素子１及び被覆部２から発光した光は、凹部３ａの開口方向へ放射され、凹部３ａの縁部が作る面から盛り上がって被覆部２が形成されている従来のＬＥＤに比べて、被覆部２内で散乱して横方向へ漏れる光が少なくなり、ＬＥＤの発光効率が向上する。従って、本発明のＬＥＤを表示装置、ディスプレイ、照明、液晶のバックライト等の装置に利用した場合、これらの装置の信頼性が向上する。
なお、本実施の形態においては、本発明に係るガラスである低融点ガラスに蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加して被覆部２を形成する例を示したが、これに限るものではない。フタロシアニン系、アゾ色素系、メチレンブルー、メチルレッド、又はローダミン系などの顔料を低融点ガラスに添加して、被覆部２を形成してもよい。これらの顔料を添加することで、ＬＥＤの発光を着色し、用途に合わせて発光のコントラストを向上させることができる。また、蛍光体として、ＣａＳ：Ｃｅ以外に、ＣａＳ：Ｅｕ、ＹＡＧ：Ｃｅ系、ＳｒＳ：Ｅｕ系、又はＣａＳ−Ｇａ2 Ｓ3 −ＥｕＳ系などの他の蛍光体を低融点ガラスに添加して、被覆部２を形成してもよい。これらの蛍光体を用いることで、ＬＥＤが発光する一部の光の波長を変換し、用途に合わせてＬＥＤの発光色を調整することができる。
また、本発明のＬＥＤは、発光素子であるＬＥＤ素子１については何ら制限するものではなく、ガリウム砒素系、窒化ガリウム系などどのような組成のＬＥＤ素子であってよく、紫外から赤外までどのような発光波長を有するＬＥＤ素子であってもよい。特に、本発明のＬＥＤは、発光波長が２８０ｎｍから４５０ｎｍの紫外線領域を含む短波長領域であるＬＥＤ素子１を備えたＬＥＤであってもよい。ガラスは、紫外線に対する耐久性がエポキシ樹脂に比べて特に優れているため、発光波長が２８０ｎｍから４５０ｎｍであるＬＥＤ素子１と、紫外線を可視光へ変換する蛍光体を低融点ガラスに添加して形成した被覆部２とを備えた本発明のＬＥＤは、発光効率が良く、また耐久性に優れた白色ＬＥＤとなり、照明などに利用することができる。
また、本実施の形態においては、被覆部２を本発明に係るガラスである低融点ガラスで形成し、モールド部６をエポキシ樹脂で形成した例を示したが、これに限るものではなく、モールド部６をエポキシ樹脂以外の透光性樹脂で形成した形態であってもよく、また、モールド部６をも低融点ガラスで形成した形態であってもよい。また、被覆部２とモールド部６との違いをなくして、被覆部２を兼ねるモールド部６を低融点ガラスで形成した形態であってもよい。
（実施の形態２）
本発明に係るガラスである実施の形態２に係る低融点ガラスは、９０モル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び１０モル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とする。低融点ガラスの出発原料として、ＰｈＴＥＳと、（ＣＨ3 ）2 Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 （ジメチルジエトキシシラン：以下、ＤＭＤＥＳと言う）とを用いた。
（実施の形態２）
本発明に係るガラスである実施の形態２に係る低融点ガラスは、９０モル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び１０モル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とする。低融点ガラスの出発原料として、ＰｈＴＥＳと、（ＣＨ3 ）2 Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 （ジメチルジエトキシシラン：以下、ＤＭＤＥＳと言う）とを用いた。
ＰｈＴＥＳ、溶液、水、酸触媒、塩基触媒の夫々が、３：１０：３：０．１：０．２のモル比になるように調整した溶液を製造し、２〜３時間経過した時点で、ＤＭＤＥＳの０．１Ｍエタノール溶液を滴下し、空気中開放系で加水分解重縮合反応を行った。更に２時間後、溶液にアンモニアを加えて完全に加水分解させた。次に室温で完全にゲル化させた後、オーブンを用いて、７０℃で一日、及び１１０℃で一日加熱して、残留エタノールを除去して縮重合反応を促進させ、ガラスの前駆体ゲルが得られる。得られたゲルを、空気中または減圧下で、アルミ容器またはフッ素樹脂容器を用いて１００℃〜２００℃で加熱
して再融解することにより、実施の形態２に係る低融点ガラスを得た。減圧下で加熱する処理は、マントルヒータ又は真空乾燥機を用いて行った。本実施の形態に係る低融点ガラスは、９０モル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び１０モル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とするが、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 と（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯとの割合はこれ以外の割合であっても良い。本発明に係る低融点ガラスは、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 の割合がａモル％、（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯの割合がｂモル％で、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とした割合の組成で実現することができる。特に、ａを６０〜９０、ｂを１０〜４０とした割合のときに、優れた特性が示される。
して再融解することにより、実施の形態２に係る低融点ガラスを得た。減圧下で加熱する処理は、マントルヒータ又は真空乾燥機を用いて行った。本実施の形態に係る低融点ガラスは、９０モル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び１０モル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とするが、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 と（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯとの割合はこれ以外の割合であっても良い。本発明に係る低融点ガラスは、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 の割合がａモル％、（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯの割合がｂモル％で、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とした割合の組成で実現することができる。特に、ａを６０〜９０、ｂを１０〜４０とした割合のときに、優れた特性が示される。
以上の如き低融点ガラスを用いて被覆部２を形成して、実施の形態１と同様にＬＥＤを製造する。ＬＥＤの構成は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
次に、本実施の形態に係るＬＥＤと従来のＬＥＤとの比較実験の結果を示す。６３０ｎｍにピーク波長を持つＬＥＤ素子１を用いて製造した本実施の形態に係るＬＥＤと、同様のＬＥＤ素子１を用い、エポキシ樹脂を用いて被覆部２を形成した従来のＬＥＤとの水分に対するシールド性の比較を行った。本実施の形態に係るＬＥＤと従来のＬＥＤとを、共に点灯させずに、温度８５℃、湿度８５％の恒温・恒湿槽に１０００時間放置した後、点灯させて光度を比較した。図５は、実施の形態２に係るＬＥＤと従来のＬＥＤとの光度の変化を示した図表である。この比較実験においては、実験前の光度を１００として、従来のＬＥＤの光度が７１であったのに対して、本発明のＬＥＤは光度が９７であり、本実施の形態に係るＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて光度の低下を抑制することが確認された。また、光に対する耐性を比較するために、４５０ｎｍにピーク波長を持つＬＥＤ素子１を用いて製造した本実施の形態に係るＬＥＤと、同様のＬＥＤ素子１を用い、エポキシ樹脂を用いて被覆部２を形成した従来のＬＥＤとを、共に２０ｍＡの電流を流して点灯させ、温度２５℃、湿度３０％の恒温・恒湿槽に１０００時間放置した後、光度を比較した。図６は、実施の形態２に係るＬＥＤと従来のＬＥＤとの光度の変化を示した図表である。この比較実験においては、実験前の光度を１００として、従来のＬＥＤの光度が７０まで低減したのに対して、本発明のＬＥＤの光度は９３までの低減でとどまっており、本実施の形態に係るＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて光度の低下を抑制することが確認された。以上の如く、本実施の形態においても、本発明のＬＥＤは、被覆部２にエポキシ樹脂を用いた従来のＬＥＤに比べて、水分によるＬＥＤ素子の劣化を低減させ、また、長時間の使用後での色および光度の変化を抑制して、ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。
また、本実施の形態に係るＬＥＤは、実施の形態１と同様に、蛍光体を用いてＬＥＤ素子１の発光波長を変換するＬＥＤであってもよい。本実施の形態に係る低融点ガラスに蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加して被覆部２を形成して、実施の形態１と同様に蛍光体を用いたＬＥＤを製造する。実施の形態１と同様に、ＬＥＤ素子１から発光した青色光の一部の波長が変換され、全体としてＬＥＤから白色光が発光する。４６０ｎｍにピーク波長を持つＬＥＤ素子１を用い、蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加した低融点ガラスで被覆部２を形成した本実施の形態に係るＬＥＤと、同様のＬＥＤ素子１を用い、蛍光体ＣａＳ：Ｃｅを添加したエポキシ樹脂で被覆部２を形成した従来のＬＥＤとを、共に点灯させずに、温度８５℃、湿度８５％の恒温・恒湿槽に１０００時間放置した後、点灯させて光度を比較した。図７は、実施の形態２に係るＬＥＤと従来のＬＥＤとの光度の変化を示した図表である。この比較実験においては、実験前の光度を１００として、従来のＬＥＤの光度が６０であったのに対して、本発明のＬＥＤは光度が９１であり、本実施の形態に係るＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて光度の低下を抑制することが確認された。本実施の形態においても、蛍光体を低融点ガラスに添加して被覆部２を形成したＬＥＤは、水分による蛍光体ＣａＳ：Ｃｅの劣化を低減し、ＬＥＤの耐久性が向上する。
なお、実施の形態１においては、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成
とする低融点ガラスを用い、実施の形態２においては、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とする低融点ガラスを用いた例を示しているが、本発明に係るガラスの組成はこれに限るものではなく、本発明のＬＥＤは、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０として、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とするガラスを用いて被覆部２を形成したＬＥＤであってもよく、また、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とするガラスを用いて被覆部２を形成したＬＥＤであってもよい。この場合においても、ａを６０〜９０、ｂを１０〜４０とした割合のときに、優れた特性が示される。更に、本発明のＬＥＤは、より一般的にＲn ＳｉＯ2-n/2 を組成とするその他のガラスを用いて被覆部２を形成したＬＥＤであってもよい。但し、Ｒは、フェニル基（Ｃ6 Ｈ5 −）、エチル基（Ｃ2 Ｈ5 −）、メチル基（ＣＨ3 −）、ベンゾイル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＯ−）、ベンジル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＨ2 −）、ビニル基（ＣＨ2 ＝ＣＨ−）のいずれかであり、本発明に係るガラスは、これらのＲn ＳｉＯ2-n/2 のうち複数の成分を含む組成を有していても良い。本発明に係るガラスである低融点ガラスは、以上の如き組成により、融点が４００℃程度である従来の低融点ガラスに比べても大幅に低い−４０℃から３００℃の軟化温度を有する。このため、ＬＥＤ素子１の耐熱限界以下の温度で軟化し、ＬＥＤ素子１を損傷することなく安全に被覆部２又はモールド部６を形成することができ、被覆部２又はモールド部６の短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性が向上し、ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係るＬＥＤを示す断面図である。図中７は配線基板であり、本実施の形態に係るＬＥＤは、配線基板７の表面にＬＥＤ素子１が実装された表面実装型ＬＥＤである。配線基板７の両端から表面にかけて、外部へ接続可能な電極７１及び７２が互いに離隔して形成されており、配線基板７の表面に形成された一方の電極７１の表面に、ＬＥＤ素子１が実装されている。ＬＥＤ素子１の一方の電極は、金線５により電極７１とワイヤボンディングされ、他方の電極は金線５により配線基板７の表面の電極７２とワイヤボンディングされている。ＬＥＤ素子１の周囲には、実施の形態１又は実施の形態２に係る低融点ガラスと同様の低融点ガラスにて被覆部２が形成されており、被覆部２は、ＬＥＤ素子１の発光面を含む全体を覆っている。更に、被覆部２、ワイヤ５，５、及び配線基板７の表面に形成された電極７１，７２は、エポキシ樹脂製のモールド部６に覆われている。
とする低融点ガラスを用い、実施の形態２においては、Ｃ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及び（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とする低融点ガラスを用いた例を示しているが、本発明に係るガラスの組成はこれに限るものではなく、本発明のＬＥＤは、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０として、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とするガラスを用いて被覆部２を形成したＬＥＤであってもよく、また、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とするガラスを用いて被覆部２を形成したＬＥＤであってもよい。この場合においても、ａを６０〜９０、ｂを１０〜４０とした割合のときに、優れた特性が示される。更に、本発明のＬＥＤは、より一般的にＲn ＳｉＯ2-n/2 を組成とするその他のガラスを用いて被覆部２を形成したＬＥＤであってもよい。但し、Ｒは、フェニル基（Ｃ6 Ｈ5 −）、エチル基（Ｃ2 Ｈ5 −）、メチル基（ＣＨ3 −）、ベンゾイル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＯ−）、ベンジル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＨ2 −）、ビニル基（ＣＨ2 ＝ＣＨ−）のいずれかであり、本発明に係るガラスは、これらのＲn ＳｉＯ2-n/2 のうち複数の成分を含む組成を有していても良い。本発明に係るガラスである低融点ガラスは、以上の如き組成により、融点が４００℃程度である従来の低融点ガラスに比べても大幅に低い−４０℃から３００℃の軟化温度を有する。このため、ＬＥＤ素子１の耐熱限界以下の温度で軟化し、ＬＥＤ素子１を損傷することなく安全に被覆部２又はモールド部６を形成することができ、被覆部２又はモールド部６の短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性が向上し、ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係るＬＥＤを示す断面図である。図中７は配線基板であり、本実施の形態に係るＬＥＤは、配線基板７の表面にＬＥＤ素子１が実装された表面実装型ＬＥＤである。配線基板７の両端から表面にかけて、外部へ接続可能な電極７１及び７２が互いに離隔して形成されており、配線基板７の表面に形成された一方の電極７１の表面に、ＬＥＤ素子１が実装されている。ＬＥＤ素子１の一方の電極は、金線５により電極７１とワイヤボンディングされ、他方の電極は金線５により配線基板７の表面の電極７２とワイヤボンディングされている。ＬＥＤ素子１の周囲には、実施の形態１又は実施の形態２に係る低融点ガラスと同様の低融点ガラスにて被覆部２が形成されており、被覆部２は、ＬＥＤ素子１の発光面を含む全体を覆っている。更に、被覆部２、ワイヤ５，５、及び配線基板７の表面に形成された電極７１，７２は、エポキシ樹脂製のモールド部６に覆われている。
本実施の形態においても、本発明のＬＥＤは、ＬＥＤ素子１が本発明に係るガラスを用いた被覆部２に覆われており、短波長の光による劣化に対する耐性または水分に対するシールド性が向上し、表面実装型ＬＥＤの耐久性および品質が向上する。
なお、本実施の形態においては、ＬＥＤ素子１の全部を被覆部２が覆っている形態を示したが、これに限るものではなく、低融点ガラスで形成した被覆部２は、ＬＥＤ素子１の一部である発光面を覆うこととし、エポキシ樹脂または低融点ガラスで形成されたモールド部６がＬＥＤ素子１及び被覆部２を覆っている形態としても良い。この形態においても、ＬＥＤ素子１の発光面からの光を受ける被覆部２の光に対する耐久性が向上し、また、被覆部２が蛍光体を含んでいる場合は蛍光体を劣化させる水分に対するシールド性が向上し、表面実装型ＬＥＤの耐久性が向上する。
１ ＬＥＤ素子
２ 被覆部
３、４ リードフレーム
３ａ 凹部
６ モールド部
７ 配線基板
２ 被覆部
３、４ リードフレーム
３ａ 凹部
６ モールド部
７ 配線基板
Claims (14)
- 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記被覆部は、一又は複数のＲn ＳｉＯ2-n/2 の成分からなり、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする発光ダイオード。
但し、ｎは整数の１又は２であり、Ｒは、フェニル基（Ｃ6 Ｈ5 −）、エチル基（Ｃ2 Ｈ5−）、メチル基（ＣＨ3 −）、ベンゾイル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＯ−）、ベンジル基（Ｃ6 Ｈ5 ＣＨ2 −）、又はビニル基（ＣＨ2 ＝ＣＨ−）である。 - 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記被覆部は、ａモル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする発光ダイオード。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。 - 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記被覆部は、ａモル％のＣ6 Ｈ5 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする発光ダイオード。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。 - 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記被覆部は、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする発光ダイオード。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。 - 発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子の一部又は全部を覆う透光性の被覆部とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記被覆部は、ａモル％のＣＨ3 ＳｉＯ3/2 及びｂモル％の（ＣＨ3 ）2 ＳｉＯを組成とし、軟化温度が３００℃以下であるガラスを用いてなることを特徴とする発光ダイオード。但し、ａ＋ｂ＝１００、１０≦ａ≦１００、０≦ｂ≦９０とする。 - ａ＝６０〜９０、ｂ＝１０〜４０であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記ガラスは、軟化温度が−４０℃から３００℃であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 前記ガラスは、前記軟化温度の範囲で繰り返し再溶融が可能であることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
- 前記ガラスは、前記軟化温度の範囲で所定回数に限った溶融が可能であることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
- 前記被覆部は、一若しくは複数種類の顔料、又は前記発光ダイオード素子の発光波長を変換する蛍光体を、前記ガラスに更に添加してなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の発光ダイオード。
- 凹部を有するリードフレームを更に備え、
前記発光ダイオード素子は、前記凹部の底部に配設されてあり、
前記被覆部は、前記発光ダイオード素子が底部に配設された前記凹部内を充填してなり、
前記凹部及び前記被覆部を覆う透光性のモールド部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の発光ダイオード。 - 前記被覆部は、前記凹部の縁部が作る面よりも底部に近い位置で前記凹部内を充填してあることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード。
- 配線基板を更に備え、
前記発光ダイオード素子は、前記配線基盤上に実装されてあることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の発光ダイオード。 - 前記発光ダイオード素子は、発光波長が２８０ｎｍから４５０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の発光ダイオード。
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