JP5335081B2 - 変換型ｌｅｄ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる変換型ＬＥＤに関する。この種の蛍光体は、特に白色ＬＥＤにおける利用を意図されたものである。

コンバータがスクリーン印刷によってチップ上に形成された変換型ＬＥＤ、およびこれに類似したものは、公知である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

現在、変換型ＬＥＤにセラミックコンバータを使用する試みがなされている。その場合、ＬＥＤチップ上におけるコンバータの正確な位置決めは、ＬＥＤの光学的特性の再現性に影響を及ぼすこととなる。ＬＥＤチップ上におけるコンバータ素子の横方向の位置は、カメラを介して比較的簡単に検出でき、位置決め制御のために利用されることができる。

垂直方向の位置、即ちチップとコンバータとの間の間隔を制御することは、著しく困難である。スクリーン印刷のような従来において使用されている方法は、大きな厚さ変動を有しており、これらの厚さ変動は、マルチ蛍光体システムの場合に色度座標のばらつきを著しく高める。異種の蛍光体の分離された層を有するシステム自体は、既に公知である（例えば、特許文献３または特許文献４参照）。これによれば、既に、長波長の蛍光体が短波長の蛍光体よりもチップ近くに配置されている。しかし、従来においては厚さ変動の問題が無視されていた。これはこれまで解決策が案出できなかったためであるものと考えられる。

国際特許出願公開第２００６１１４０７７号明細書 国際特許出願公開第２００７１４０７６６号明細書 欧州特許出願公開第１４８０２７８号明細書 米国特許出願公開第２００４／１７３８０６号明細書

本発明の課題は、チップとコンバータとの間の間隔が精確に規定されている、１つ以上の蛍光体を使用した変換型ＬＥＤを提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴的事項によって解決される。

特に有利な実施態様は、従属請求項に示されている。

この新規な変換型ＬＥＤは、特にハイブリッド用途に適用される。この場合、長波長の蛍光体、特にそのピーク波長が５８０〜６８０ｎｍの赤色を放射する蛍光体を、短波長の第２の蛍光体、特にそのピーク波長が４８０〜５６０ｎｍの黄色または緑色の蛍光体よりも、チップの近くに配置することが有効である、ということが判明している。短波長の第２の蛍光体は、剛性板などとして存在するセラミックコンバータであるとよい。セラミックコンバータは、蛍光体−ガラスなどであるとよい。この場合には、規定された間隔が特に重要であるが、これは、チップからセラミックコンバータまでの距離が精確に把握されている場合にしか、密度に関与する長波長の蛍光体の量を調整できないからである。

基本的には、セラミック板は、接着剤によってチップ上に固着されなければならない。チップとコンバータ板との間に介挿される実現可能な接着剤は、注型材として知られているシリコーンである。

その接着剤の中に所望の長波長の蛍光体を分散させるとよい。長波長の蛍光体は、具体的には、窒化物または酸化窒化物のような赤色を発光する蛍光体である。規定された間隔を保証するために、長波長の蛍光体のほかにスペーサも接着剤の中に入れられる。スペーサとしては、定められた特性、特に１５０ｎｍ〜２５μｍの範囲内から選ばれた１つの値の精確な直径を有する、ガラス粒が適している。この場合、間隔を定めるに足る僅かな量のガラス粒が、接着剤の中に入れられる。

この種のガラス粒またはガラス玉は、それ自体公知である。これらは特に粒径計測器の校正基準となっている。これらは特に約１００ｎｍから数十μｍまでのサイズが問題なく入手可能である。その供給者は、例えばマイクロパーティクルズ社（Ｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ；企業名）である。これらの標準ガラス玉は、極めて少ないサイズばらつきによって傑出している。さらに、ガラス、とりわけ硬質ガラスまたは二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の材料は、最大の耐エージング性および化学的不活性を提供する。従って、エージングの問題は取るに足らない。

その製造は、注型材料と、長波長の蛍光体と、スペーサとからなる分散材を過剰にチップ上に塗布形成することによって成功する。その後、分散材の上にセラミックコンバータ板が、板とチップとの間の距離が玉の直径に一致するまで押し付けられる。

ガラス玉の代りに、帯状のスペーサ、特に透明もしくは半透明なプラスチックまたはＳｎＯ₂のような誘電性材料からなる、枠を使用することも可能である。もしくは金属材料も可能である。この場合、壁に余剰の材料を流出させる切欠きを設けるとよい。

このような枠は、リソグラフィ法または層転写（Ｒａｙｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ）法によって形成するとよい。枠は、シリコーン、またはテフロン（登録商標）のような耐放射性材料からなるとよい。但し、枠はガラス玉よりも高コストであることは明らかである。

金属またはポリアセタール（ＰＯＭ）、デルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）またはポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）のような光を透過しない材料が使用される場合には、その陰による損失を避けるために、チップ表面上において枠が導体路の背後に沿うようにしなければならない。

枠を備えたチップには、種々の方法によって、所望の蛍光体ペーストが充填される。スクリーン印刷の他に、ドクターブレード法（ｄｏｃｔｏｒ−ｂｌａｄｅ）、浸漬法またはエアブラシ法なども用いることが可能である。

枠上に板としてのセラミックコンバータが押し付けられるので、短波長の蛍光体の蛍光体ペーストの厚さ制御は、必ずしも必要でない。しかし、セラミック板を付着させる際に、そうしなければ側面から絞り出されることになる短波長蛍光体ペーストの量を、最小限にするために、その都度、ある程度の制御を行うことが有利である。

精確な間隔制御がないならば、変換型ＬＥＤにおける異種類のコンバータからなるハイブリッドシステムは有効ではない。チップと短波長の蛍光体を有するセラミック板との間に挿入される長波長の蛍光体の量は、強制的に制御されなければならない。

玉、もしくは帯状の枠の他にも、別種類のスペーサも使用可能である。他の典型的な例としては、エッチングされた構造、コンバータ板に組み込まれた突起または膨らみのような構造がある。

ガラス玉を有する変換型ＬＥＤの原理図である。 枠を有する変換型ＬＥＤの原理図である。 枠の詳細図である。 変換型ＬＥＤの他の実施例を示す原理図である。

以下、幾つかの実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

図１によれば、変換型ＬＥＤ１は、１つのチップ２を有しており、これが１次放射を発光する。１次放射は、３００〜４８０ｎｍ、より好ましくは４２０〜４８０ｎｍ、さらに好ましくは４５０〜４７０ｎｍの範囲内のピーク波長を有する青色である。

このチップの上には、分散体（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）として長波長の蛍光体６を含有する注型層５が形成されている。長波長の蛍光体は、一般に従来技術において挙げられている、例えば窒化物、酸窒化物のような、また先に挙げた特許文献１に説明されているような、赤色を発光する蛍光体である。この注型層中には、蛍光体粒子の他に、例えば５００ｎｍの規定の直径を僅かのばらつき幅で有するガラス玉８も一要素として含まれている。注型材料からなるこの層の上には、第２の層が形成されている。その第２の層は、例えばＹＡＧ：Ｃｅのような黄色−緑色蛍光体を含有するセラミックコンバータ板１０として構成されている。この種のセラミックコンバータは、例えば米国特許出願公開第２００４１４５３０８号明細書に開示されている。

ガラス玉の密度は、スペーサという目的で支えとして働くガラス玉８の単一層が注型材５の樹脂内において粗く分布させられるようにするためには、自ずと小さな値が選択されなければならない。ガラス玉の具体的な一実施例は、約３μｍの直径を有するものである。

図２には、他の実施例が示されており、この実施例では、方形に切断されたチップ１５が、平面図で示されている。このチップ上には、枠１６が配置されている。枠１６内には、第１の蛍光体を含有する注型材１７が充填されている。余剰の注型レジンを流出させるために、枠には切欠き１８が設けられており、これらの切欠き１８は、図３の側面図で認識できる。枠１６の上には、ここでも短波長のセラミックコンバータを含有する板１０が着座している。

この板は、方形に作り上げられたブロックであってよいだけではなく、例えば平らな下面と凸状に膨らんだ上面とを有するレンズとして形成されていてもよいことは勿論である。しかし、いずれにしても、蛍光体は等しい厚さの１つの層に均一に含有されている。

図４には、ＵＶ−ＬＥＤ１を有する実施例が示されている。通常、３００〜４２０ｎｍ、好ましくは３６０〜４００ｎｍの範囲内の１次放射を有するチップ２が使用される。このＵＶ-ＬＥＤの場合には、第１の層に比べて短波長を有する第２の層１０に、さらに他の第３の層が、注型材１１として後続している。その第３の層は、さらに短波長の蛍光体、ここでは青色の蛍光体を有する。しかし、これに対する代替または追加の形態として、チップの直ぐ前方に接続された、ここでは薄膜コンバータとして示されているコンバータ１２の助けによって、ＵＶ−ＬＥＤの１次放射がまず最初に一旦完全に青色放射に変換されるようにすることも可能である。

第１の蛍光体は、より広い概念としては、それが複数の蛍光体からなる混合物である可能性も含んでいる。第２の蛍光体も同様に、その概念は、それが複数の蛍光体からなる混合物である可能性も含んでいる。例えば、異なるピーク波長を有する複数の赤色蛍光体の混合物を使用することが可能であり、もしくは赤色蛍光体とオレンジ色蛍光体との混合物を使用することが可能である。

１ 変換型ＬＥＤ
２ チップ
５ 注型材
６ 蛍光体
８ ガラス玉
１０ コンバータ板
１１ 注型材
１２ コンバータ
１５ チップ
１６ 枠
１７ 注型材
１８ 切欠き

Claims (9)

1. チップを備え、このチップの上に第１の蛍光体を含有する第１の層が形成されていて、この第１の層の上に第２の蛍光体を含有する第２の層が形成されている変換型ＬＥＤにおいて、
   前記第１の層が、前記第１の蛍光体が分散されている注型材であり、かつ前記第２の層が、１つの固形体であり、かつ
   前記第１の層が、当該第１の層の厚さを規定するスペーサとして、当該第１の層の厚さと同じ大きさに予め与えられた直径を有する玉を当該第１の層の面方向に単一層として分散してなるスペーサを備えている
   ことを特徴とする変換型ＬＥＤ。
2. 前記第１の蛍光体が、前記第２の蛍光体よりも長い波長を発光する
   ことを特徴とする請求項１記載の変換型ＬＥＤ。
3. 前記第１の蛍光体が、赤色を発光するものであって、そのピーク波長が５８０〜６８０ｎｍの範囲内にあるものである
   ことを特徴とする請求項２記載の変換型ＬＥＤ。
4. 前記第２の蛍光体が、緑色ないし黄色を発光するものであって、そのピーク波長が４８０〜５６０ｎｍの範囲内にあるものである
   ことを特徴とする請求項２記載の変換型ＬＥＤ。
5. 前記注型材が、シリコーンである
   ことを特徴とする請求項１記載の変換型ＬＥＤ。
6. 前記玉が、ガラスから作られたものである
   ことを特徴とする請求項１記載の変換型ＬＥＤ。
7. 前記玉が、１５０ｎｍ〜２５μｍの範囲内から選ばれた１つの値の直径を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の変換型ＬＥＤ。
8. 前記第２の層が、セラミックコンバータである
   ことを特徴とする請求項１記載の変換型ＬＥＤ。
9. 前記チップの紫外から青色までの範囲内の１次放射であって３００ｎｍ〜４８０ｎｍの光放射を行うものであり、かつ、さらに第３の蛍光体が、必要な場合に用いられる
   ことを特徴とする請求項１記載の変換型ＬＥＤ。

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