JP4890514B2 - 蛍光体及び発光ダイオード - Google Patents
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Description
半導体発光素子であるLEDチップとしては、窒化ガリウム系半導体を発光層として含み、紫外、青、青緑等の色を発光する短波長LEDチップ、及び高輝度赤色LEDチップ等、種々の色の光を発光するLEDチップが実用化されており、例えば青、赤、緑の3つのLEDチップを搭載し、各LEDチップの輝度を調整して発色することにより、種々の色を発光するLEDランプが実用化され、フルカラーディスプレイ等に用いられている。
そして、複数のLEDチップをひとつのランプに搭載させるか、又はLEDチップと蛍光体とを組み合わせることにより、白色発光するLEDランプが将来の照明用光源として期待されている。
また、蛍光体は、LEDチップから発する高エネルギーの光に曝されており、経時的に劣化して黒変し、色変換が不均一になってLEDの発光が不均一になるとともに、LEDの発光の外部取り出し効率が低下するという問題がある。水分が包囲部の内部に混入した場合には、LEDチップからの高エネルギー光及び熱等によって、蛍光体の劣化が促進され、上述の問題が発生し易くなる。従って、蛍光体が水と反応し難く、経時的に劣化しないことも求められていた。
従って、発光ダイオードチップを包囲する合成樹脂製等の包囲部に含有させて発光ダイオードを作製した場合に、発光ダイオードチップから発光した光により効率良く励起されて発光し、良好に発光ダイオードチップの発光色を色変換するので、発光ダイオードは良好な発光効率を有し、高い発光光度を有する。
そして、この蛍光体は水と反応し難く、経時的に劣化しないので、発光ダイオードは、輝度及び色を均一に、安定して発光することができ、発光効率が経時的に低下しない。
そして、aが1.2未満では発光ダイオードの発光光度が不十分であり、5より大きくなると発光光度が減少するので、aは1.2以上、5以下とする。
また、yが0.0001未満では機能せず、0.02より大きくなると、濃度消光が生じるので、yは0.0001以上、0.02以下とする。
そして、aが1.2未満では発光ダイオードの発光光度が不十分であり、5より大きくなると発光光度が減少するので、aは1.2以上、5以下とする。
そして、この蛍光体は水と反応し難く、経時的に劣化しないので、発光ダイオードは、輝度及び色を均一に、安定して発光することができ、発光効率が経時的に低下しない。
そして、この蛍光体は水と反応し難く、経時的に劣化しないので、発光ダイオードは、輝度及び色を均一に、安定して発光することができ、発光効率が経時的に低下しない。
そして、この蛍光体は水と反応し難く、経時的に劣化しないので、発光ダイオードは、輝度及び色を均一に、安定して発光することができ、発光効率が経時的に低下しない。
実施の形態1.
実施の形態1に係る蛍光体は、CaS、Ga2 S3 、及びEuSを、モル比が1−x:a:xとなるように混合し、焼結して得られるものである。
但し、0.001≦x≦0.2、1.2≦a≦5とする。
ここで、この蛍光体を包囲部に含有させてLEDを作製した場合に、xが0.001未満ではLEDの輝度が低下し、0.2より大きくなると、濃度消光が生じるので、xは0.001以上、0.2以下とする。
そして、aが1.2未満ではLEDの発光光度が不十分であり、5より大きくなると発光光度が減少するので、aは1.2以上、5以下とする。実験により、aが1.5前後である場合に発光光度が最高値を示し、それ以上では減少傾向を示し、aが5である場合に略90%の減少範囲にあることが確認されている。
次に、この混合物を石英ガラス管内に封入し、雰囲気炉中で1000℃で略1時間焼結する。
そして、冷却後、粉砕する。
最後に、洗浄及び分級して、本実施の形態の蛍光体を得る。
図中、aは本実施の形態の蛍光体の励起スペクトル、bは発光スペクトルを示す。本実施の形態の蛍光体は、CaS、Ga2 S3 、EuSの粉末を、モル比が0.9:1.2:0.1となるように秤量して混合し、焼結して得られたものである。
図1より、本実施の形態の蛍光体は、430〜550nmの幅広い範囲で励起発光効率が高いことが判る。また、発光スペクトルは、幅が略480〜690nmであり、555nm付近でピークを有している。ピークの半値幅は略49nmである。
リードフレーム1の上部に設けられた凹部1aには、GaN系化合物半導体を発光層として有し、主ピークが430〜500nmの波長域にあり、青色光を発光するLEDチップ2がダイボンディングにより接着固定されており、LEDチップ2の一方の電極は、金線4によりリードフレーム1と、他方の電極は金線4によりリードフレーム3とワイヤボンディングされている。
凹部1aには、本実施の形態に係る蛍光体5〜30重量%とシリコーン樹脂95〜70重量%との混合物が凸状に充填されており、LEDチップ2を封止するLEDチップ封止部(包囲部)5が形成されている。
LEDチップ封止部5が形成されたリードフレーム1及び3の上部は、先端部が凸状のレンズ部をなす、エポキシ樹脂製のモールド部6に収納されている。
次に、上述のようにして得られた蛍光体5〜30重量部と、シリコーン樹脂95〜70重量部とを混合し、この混合物を凹部1aに注入又は塗布した後、硬化させて、LEDチップ封止部5を形成する。さらに、砲弾型の型枠にエポキシ樹脂を未硬化の状態で流し込み、この型枠にLEDチップ封止部5が形成されたリードフレーム1及び3を逆向きに挿入して、エポキシ樹脂を硬化させ、モールド部6を形成する。
CaS、Ga2 S3 、EuSを、モル比が0.9:1.2:0.1となるように混合し、焼結して得られた蛍光体20重量%とシリコーン樹脂80重量%との混合物によりLEDチップ封止部5を形成して作製したLEDランプの発光光度は、従来のYAG(Y3 Al5 O12):Ce系蛍光体20重量%とシリコーン樹脂80重量%との混合物によりLEDチップ封止部5を形成して作製したLEDランプと比較して、略40%増加したことが確認された。
実施の形態2に係る蛍光体は、CaS、Ga2 S3 、EuS、Ce2 S3 を、モル比が1−x:a:x:yとなるように混合し、焼結して得られるものである。
但し、0.001≦x≦0.2、1.2≦a≦5、0.0001≦y≦0.02とする。
ここで、この蛍光体を包囲部に含有させてLEDを作製した場合に、xが0.001未満ではLEDの輝度が低下し、0.2より大きくなると、濃度消光が生じるので、xは0.001以上、0.2以下とする。
また、yが0.0001未満では機能せず、0.02より大きくなると、濃度消光が生じるので、yは0.0001以上、0.02以下とする。そして、aが1.2未満ではLEDの発光光度が不十分であり、5より大きくなると発光光度が減少するので、aは1.2以上、5以下とする。実験により、aが1.5前後である場合に発光光度が最高値を示し、それ以上では減少傾向を示し、aが5である場合に略90%の減少範囲にあることが確認されている。
次に、この混合物を石英ガラス管内に封入し、雰囲気炉中で1000℃で略1時間焼結する。
そして、冷却後、粉砕する。
最後に、洗浄及び分級して、本実施の形態の蛍光体を得る。
図中、aは本実施の形態の蛍光体の励起スペクトル、bは発光スペクトルを示す。本実施の形態の蛍光体は、CaS、Ga2 S3 、EuS、Ce2 S3 の粉末を、モル比が0.89:1.2:0.1:0.005となるように秤量して混合し、焼結して得られたものである。
図3より、本実施の形態の蛍光体は、430〜550nmの幅広い範囲で励起発光効率が高いことが判る。また、発光スペクトルは、幅が略480〜690nmであり、555nm付近でピークを有している。ピークの半値幅は略49nmである。
このLEDランプのLEDチップ封止部5は、実施の形態1のLEDランプの場合と同様に、蛍光体5〜30重量部と、シリコーン樹脂95〜70重量部とを混合し、この混合物をリードフレーム1の凹部1aに注入又は塗布した後、硬化させて形成する。
図4は、実施の形態3に係る表面実装型LEDの構造を示す断面図であり、図中、10は基板である。
ガラスエポキシ樹脂等からなる基板10の両端には、外部回路に接続するための外部電極11,13が設けられている。外部電極11の中央部には、基板10の中央側に張り出させてチップ搭載部11aが設けられており、その端部に、GaN系化合物半導体を発光層として有し、主ピークが430〜500nmの波長域にある、青色光を発光するLEDチップ12が実装されている。外部電極13の中央部には、チップ搭載部11aに対向させて、内部電極13aが設けられている。
LEDチップ12の一方の電極は、金線14によりチップ搭載部11aと、他方の電極は金線14により内部電極13aと接続されている。
LEDチップ12は、実施の形態2の蛍光体と同一の蛍光体5〜30重量%とエポキシ樹脂95〜70重量%との混合物からなるモールド部(包囲部)15により封止されている。
そして、実施の形態2と同様にして得られた蛍光体5〜30重量%とエポキシ樹脂95〜70重量との混合物を、モールド部15に対応する凹部を有する型の凹部に流し込み、この混合物を硬化させて、モールド部15を形成する。
CaS、Ga2 S3 、EuS、Ce2 S3 を、モル比が0.89:1.2:0.1:0.005となるように秤量して混合し、焼結して得られた蛍光体20重量%とエポキシ樹脂80重量%との混合物によりモールド部15を形成して作製した表面実装型LEDの発光光度は、従来のYAG(Y3 Al5 O12):Ce系蛍光体とエポキシ樹脂との混合物によりモールド部15を形成して作製した表面実装型LEDと比較して、略50%増加したことが確認された。
この表面実装型LEDは、広範囲から視認でき、視野角が広いので、種々のディスプレイ、液晶バックライト、センサ及びインジケータ等に用いることができる。
また、前記実施の形態1乃至3においては、モールド部6及びモールド部15の主成分をエポキシ樹脂とした場合につき説明しているが、これに限定されるものではない。
そして、LEDチップ2及びLEDチップ12がGaN系化合物半導体を発光層として有する場合につき説明しているが、これに限定されるものではない。
さらに、LEDチップ2及びLEDチップ12が主ピークが430〜500nmの波長域にある光を発光する場合につき説明しているが、これに限定されるものではなく、本発明の蛍光体は、主ピークが430〜550nmの波長域にある光を発光するLEDチップを包囲する包囲部に含有させることが可能である。
2 LEDチップ
3 リードフレーム
4 金線
5 LEDチップ封止部
6 モールド部
10 基板
11 外部電極
11a チップ搭載部
12 LEDチップ
13 外部電極
13a 内部電極
14 金線
15 モールド部
Claims (3)
- 430〜550nmの波長光で励起されて、発光し、発光ダイオードに用いられる蛍光体であって、
CaS、Ga2 S3 、EuSからなる原料を、モル比が1−x:a:xとなるように秤量して混合し、得られた混合物を石英ガラス管に封入し、焼結してなることを特徴とする蛍光体。但し、0.001≦x≦0.2、1.2≦a≦5、1−x:a≠1:1とする。 - 前記混合物はCe2 S3 をさらに含み、
CaS、Ga2 S3 、EuS、Ce2 S3 を、モル比が1−x:a:x:yとなるように秤量して混合し、得られた混合物を石英ガラス管に封入し、焼結してなることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体。但し、0.0001≦y≦0.02とする。 - 主ピークが430〜550nmの波長域にある光を発光する発光ダイオードチップと、
請求項1又は2に記載の蛍光体を含有し、前記発光ダイオードチップの一部又は全部を包囲する包囲部と
を備えることを特徴とする発光ダイオード。
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