(57)【要約】光拡散型発光ダイオード、特に単色から白色に至るまで放出される光を拡散させることによって、発散角の広い発光装置及びその製造方法に関する。本発明のシール層を包含する発光ダイオードは、前記シール層に特性の異なる２以上の物質を包含することを特徴とする。光を拡散させるマイクロスフェアが形成された発光ダイオード用シール物質を極性または屈折率の異なる２種以上の物質を混合することによって容易に製造可能であり、発光ダイオードダイがコップの底面にボンディングされ、前記発光ダイオードの周囲と上部にマイクロスフェア粒子が形成されたシール材物質を充填・塗布して発光ダイオードの全体を均一にパッケージングする。これにより、光を均一に散乱・屈折させＬＥＤの発散角を大きくかつ均一にし、さらに前記シール層全体に均一な密度でマイクロスフェア粒子が存在することによって、従来の粒子の沈澱問題などを解決することができる。【選択図】図１
2009512226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上部に位置して光を放出する発光ダイオード、及び
前記発光ダイオードを囲んで、シール材及び前記シール材に分散されたマイクロスフェアを包含するシール層を含めてなる光拡散型発光ダイオード。
【請求項２】
前記シール層は前記基板上部に位置し、前記発光ダイオードの周辺部に形成される支持部によって取り囲まれることを特徴とする請求項１に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項３】
前記支持部は、発光ダイオードから放出された光を反射させるリフレクターであることを特徴とする請求項２に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項４】
前記シール材は、屈折率または極性の異なる２種以上の光拡散シール材物質を包含することを特徴とする請求項１に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項５】
前記シール材の屈折率が１．４〜２．０以内であることを特徴とする請求項４に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項６】
前記マイクロスフェアは、前記シール材物質の中１種以上の物質がマイクロ相に分離して形成されることを特徴とする請求項１に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項７】
前記シール材物質は、硬化されていない液相のエポキシ及びシリコーンの中から選択される少なくとも１種以上の物質であることを特徴とする請求項６に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項８】
前記マイクロスフェア粒子のサイズが０．０５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項６に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項９】
前記シール層は、ディスペンシング法によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項１０】
前記シール層には、発散する光を長波長に変換させる蛍光体をさらに包含させることを特徴とする請求項１に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項１１】
前記蛍光体は、赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、青色系蛍光体、黄色系蛍光体によって構成されたグループから選択される１種以上を包含することを特徴とする請求項１０に記載の光拡散型発光ダイオード。
【請求項１２】
基板上に発光ダイオード及び前記発光ダイオードの周辺部に支持部を形成する段階、及び
前記発光ダイオードの上部及び支持部によって形成される空間に屈折率または極性の異なる２種以上の液相のシール材物質を混合・充填して硬化させることによってシール層を形成する段階を含めてなる光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記支持部は、前記発光ダイオードから放出された光を反射させるリフレクターであることを特徴とする請求項１２に記載の光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記シール材物質の屈折率が１．４〜２．０以内であることを特徴とする請求項１２に記載の光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１５】
前記シール層は、前記混合された２種以上の液相のシール材物質の中１種以上の物質が、マイクロ相に分離されて形成するマイクロスフェアを包含してなることを特徴とする請求項１２に記載の光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
前記２以上の液相のシール材物質は、硬化されていない液相のエポキシ及びシリコーンの中から選択される少なくとも１種以上の物質であることを特徴とする請求項１２または請求項１５に記載の光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
前記マイクロスフェア粒子のサイズが０．０５μｍ以上であることを特徴とする請求項１５に記載の光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記シール層は、赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、青色系蛍光体、黄色系蛍光体によって構成されたグループから選択される１種以上の蛍光体をさらに包含することを特徴とする請求項１２に記載の光拡散型発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散型の発光ダイオードに関する。特に単色から白色に至るまで放出される光を広く拡散させることによる発散角の広い発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤと略記する）は、表示用光源からＬＥＤ照明光源に変転して次世代省エネルギーの照明光源として期待されながら、向後白熱電球や蛍光ランプなどを代替することができることも検討されている。このようなトレンドと相俟って世界各国において白色ＬＥＤテクノロジー（ｗｈｉｔｅ  ＬＥＤ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、半導体照明（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ）、または固体照明（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ）といった分野における技術の革新が積極に進展されている。
【０００３】
ＬＥＤの発光メカニズムにおける光放射は、基本的に半導体及び蛍光体固有の性質に従うものであって、熱や放電光ではない。したがって、ＬＥＤ照明器具は一般の白熱電球とは異なり、人の手で触っても熱くないので安全でありながら器具の寿命も長いので廃棄物の発生も少ない。また、破損されやすいガラスや水銀、有機物などの有害な物質が包含されていないので、環境親和的な照明用光源ともいえる。このようなメリットを有するため、一般照明用に応用されるとともに多様な分野に応用されることができるので、これからの１０年間巨大な市場が形成されることが予想される。
【０００４】
一般的に半導体発光ダイオードは、点光源（ｐｏｉｎｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ）ともいわれているが、これは発光ダイオードの狭い発光面積とその直進性のためである。したがって、均一かつ広い拡散角を有する発光ダイオードを実現するためにいろいろな研究が進行されてきた。一般的には、無機、有機粒子をシール材に混合してパッケージングするか、レンズを使用して光を拡散させる方法が使用されてきた。ここで、前者の方法が製品のコスト削減及び小型化の側面において有利であるため積極的に活用されている。
【０００５】
従来の技術としては、ランプのカバーに光を散乱させる光伝導性粒子（ｌｉｇｈｔ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）を分散させて拡散角を大きくする方法（特許文献１）、ＣａＦのような無機粒子を６〜２５ｗｔ％含めてシール層に分散させて拡散角を大きくする方法などが登録されている（特許文献２）。
【０００６】
これとは異なり、光分散剤を蛍光体と一緒に使用する特許も出願されているところ、日亜社は、青色の波長に蛍光体を混合して白色を表現する拡散剤として、チタン酸バリウム（ｂａｒｉｕｍ  ｔｉｔａｎａｔｅ）、酸化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、シリコーン酸化物（ｓｉｌｉｃｏｎｅ  ｏｘｉｄｅ）を使用している（特許文献３）。これと類似する形態の技術として、Ａｒｉｍａ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社は、蛍光体とバブルを使用する技術を登録し（特許文献４）、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ社は、蛍光体層と、別の拡散層を形成してＬＥＤダイから放出する光を拡散させる特許を登録している（特許文献５）。このように、ダイオードの光拡散範囲を拡大させるための研究が引き続いている。
【０００７】
【特許文献１】米国登録特許第４，１９１，９４３号
【特許文献２】米国登録特許第５，１４０，２２０号
【特許文献３】米国登録特許第６，０６９，４４０号
【特許文献４】米国登録特許第６，６１４，１７０  Ｂ２号
【特許文献５】米国登録特許第６，６５３，７６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のようなメリットを有する均一かつ広い拡散角を有する発光ダイオードを実現するべく案出されたものであって、ＬＥＤから発光される光を広くかつ均一にすることを目的とし、また、発光ダイオードの光放出面の全体にマイクロスフェア粒子が形成されたシール材によって拡散角の広い単色、多色、白色の発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明のシール層を包含する発光ダイオードは、基板の上部に位置し、光を放出する発光ダイオード及び前記発光ダイオードを取り囲み、シール材及び前記シール材に分散されたマイクロスフェアを含むシール層を包含してなることを特徴とする。前記シール層を形成するシール材物質は屈折率または極性の異なる２以上の光拡散シール材物質でなることができる。
【００１０】
本発明において、前記シール層は前記基板の上部に位置するとともに、前記発光ダイオードの周辺部に形成される支持部によって取り囲まれることができる。
【００１１】
前記支持部は、発光ダイオードから放出された光を反射するリフレクターの役割をなすことが好ましい。
【００１２】
前記屈折率は一般的なシール材の屈折率の範囲である１．４〜２．０以内であることが好ましい。
【００１３】
前記２以上の光拡散シール材物質の中１種以上の物質がマイクロ相に分離されたマイクロスフェアの形態で存在することが好ましい。
【００１４】
前記シール材物質は、硬化されていない液相のエポキシまたはシリコーンの中から選択される少なくとも１種以上の物質であり、液相状態での混合における前記マイクロスフェア粒子のサイズは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
また、前記シール層はディスペンシング法によって形成されることが好ましい。
【００１６】
前記シール層には発散する光を長波長に変換させる蛍光体をさらに包含することが好ましい。
【００１７】
前記蛍光体はＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット系）を使用することが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、上述のシール層を包含する発光ダイオードの製造方法を提供する。まず、基板上に発光ダイオード及び前記発光ダイオードの周辺部に支持部を形成する段階、及び前記発光ダイオードの上部及び支持部によって形成される空間に屈折率または極性の異なる２以上の液相のシール材物質を混合・充填して硬化させることによってシール層を形成する段階を包含する。
【００１９】
前記シール層は、前記混合された２以上の液相のシール材物質の中１種以上の物質が、マイクロ相に分離されて形成されるマイクロスフェアを包含することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上述のように、光を拡散させるマイクロスフェアが形成された発光ダイオード用シール材物質を、極性または屈折率の異なる２種以上の物質を混合することによって容易に製造することができる。発光ダイオードダイがコップの底面にボンディングされ、前記発光ダイオードの周囲と上部にマイクロスフェア粒子が形成された液相のシール材物質を塗布して発光ダイオード全体に均一にパッケージングすることによって、光を均一に散乱・屈折させてＬＥＤの発散角を大きくかつ均一にする。更に、前記シール層全体に均一な密度でマイクロスフェア粒子が存在することによって、従来の無機粒子を分散させた場合に生じる粒子の沈澱問題などを解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。以下の各図面の構成要素に対する参照符号は、同一の構成要素については他の図面上に示される場合でもできるだけ同一符号を付けると共に、本発明の要旨を不明確にするおそれがあると判断される公知の機能や構成については詳細な説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の１実施形態におけるシール層を包含する光拡散ダイオードの断面模式図である。
【００２３】
本実施形態において、光拡散ダイオードは、発光ダイオード１００、Ａｕワイヤ１０１、シール層１０２、リフレクター（支持部）１０３によって構成される。
【００２４】
なお、本実施形態の図１は、光拡散ダイオード１００にシール層１０２を形成する方法を概略的に示したものである。
【００２５】
図１を参照、光拡散型発光ダイオードの構造に対して概略的にみると、基板（図面上に符号なし）上部に発光ダイオード１００が位置する。前記発光ダイオード１００は、主に単色光、多色光及び白色光を拡散させる発光ダイオード１００であることが好ましい。前記発光ダイオード１００は、一般的なランプ型または表面実装素子（ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｕｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ：ＳＭＤ）の形態でなることが好ましい。前記発光ダイオード１００素子の構造物は、単色または紫外線を発する発光ダイオードダイとしてリフレクター１０３の底面にボンディングされる。
【００２６】
前記発光ダイオード１００には、電源を供給するためのワイヤ１０１を具備し、前記発光ダイオード１００の周囲には、前記発光ダイオード１００から発光する光を反射させることにより光効率を向上させるためのリフレクター１０３が形成される。
【００２７】
前記発光ダイオード１００の上部及びリフレクター１０３によって形成される溝（グルーブ）部位には本発明のシール層１０２が形成される。前記シール層１０２が形成されるグルーブには透明なシール材または蛍光体を混合させた物質によって充填される。また、前記発光ダイオード１００をシールするシール層１０２はその塗布の前に屈折率または極性の異なる２種以上のシール材物質を混合して作製することが好ましく、通常のＬＥＤ製造方法に従って塗布することができる。このとき、発光ダイオード１００をシールするシール材物質でなるシール層１０２は蛍光体を包含しても包含しなくても良い。
【００２８】
ただ、好ましくは、前記発光ダイオード１００のシールに使用されるシール材物質は、シリコーンとエポキシ系列であり、発散波長は単色光、多色光、白色光である。ここで発光ダイオード１００のシール材に蛍光体を包含させる場合、前記発光ダイオード１００から生成された光を長波長に変換することのできる物質であることが好ましい。
【００２９】
前記発光ダイオードのシール層１０２には、極性または屈折率の異なる２種以上の高分子物質がマイクロ相に分離され、この中１種以上の高分子がマイクロスフェアの形態で存在する。すなわち、前記シール層１０２を形成するマイクロスフェアはＬＥＤ用シール材として最も多く使用されているエポキシまたはシリコーンであることができ、蛍光体が使用される場合の蛍光体は、ＬＥＤダイから発生する波長を長波長に変換させる蛍光体である。例えば、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット系）のような蛍光物質である。このような光拡散シール材物質は、液相状態の硬化されていないエポキシ樹脂とシリコーン樹脂とを混合させてマイクロスフェアを形成した状態で作製し、前記マイクロスフェアが形成されたシール材をディスペンシング法を利用して前記パッケージの構造物にシール層を形成する。
【００３０】
つまり、シール材は従来主に使用されている発光ダイオードのシール材物質であるシリコーンとエポキシをミキサーによって混合して作製することができ、マイクロスフェアが包含されたシール材を既存の工程をそのまま適用してディスペンシングすることができるが、好ましくは、ディスペンサーによる定量吐出法によって充填することが好適である。
【００３１】
また、本発明は一般発光ダイオード（２本のワイヤを上面で接合させるタイプまたは１本のワイヤを上面で接合させるタイプ）またはランプ型の構造を有する全てのＬＥＤに容易に適用することができ、このとき、蛍光体が使用される場合、波長変換型発光装置の製造方法を提供することができる。前記方法は、ＬＥＤのシール層を作製する前に、マイクロスフェアが包含されたシール材を作製する技術を包含し、発光ダイオードの周囲及び上部に蛍光体を混合または混合しない状態でマイクロスフェアが包含されたシール材を吐出・充填する段階、また吐出・充填されたシール層を架橋結合させる段階からなることができる。
【００３２】
したがって、本発明による発光装置は、前記発光ダイオードのシール層１０２の全体に均一に分散されているマイクロスフェア粒子が存在し、マイクロスフェア粒子のサイズはＬＥＤの発光波長帯が２００〜８００ｎｍであることから、最少散乱粒子のサイズより大きい０．０５μｍ以上であることが好ましい。また、前記シール層は単色、多色または白色を均一かつ広い面積に放射するようにする。
【００３３】
本発明の前記シール層１０２は、実質的に光放出面である発光ダイオードダイの上面と側面の全体に塗布され、ダイから発光する光が広い面積に拡散されるように形成されることによって、ＬＥＤの短点である狭い視野角を改善することができる。また、従来の無機粒子粉末とシール材を混合して噴射した後、硬化させる工程から派生する粒子の沈澱問題、分散性の問題、シール材物質との接着性問題などを解決することができる。
【００３４】
前記シール層１０２は図１に図示のように、発光ダイオードダイの光放出面を十分カバーするべく発光ダイオード１００の周囲と上部に塗布・形成させるとともに、シール層１０２の物質に包含されるマイクロスフェア粒子は、２種以上のシール物質の中から１種以上のシール物質を少量使用して混合することによって、容易に作製することができる。また、マイクロスフェア粒子が包含されたシール材物質はマイクロスフェアが形成された後、マイクロスフェア粒子同士が互に混合されるか、脱気時、または架橋工程の時に２種以上のシール物質がそれぞれ巨視的に相分離されることはない。
【００３５】
前記光拡散型発光装置は、非常に大きい発散角を要する用途に使用される。この場合の発光ダイオードは、単色、多色または白色であることができる。このように、本発明による発光装置は、発光ダイオードのシール層の全体にマイクロスフェア粒子が包含されるとともに、既存のＬＥＤ製造工程をそのまま利用することができる。
【００３６】
図２は、本発明の１実施形態における光拡散型ＬＥＤが光を反射する模様を模式的に示したものである。
【００３７】
図２を参照するとき、前記発光ダイオード１００は単色光、多色または白色光を放出するが、シール層１０２を通じて単色光、多色光または白色光の多い部分がシール層１０２に包含されているマイクロスフェア粒子１０５によって散乱または屈折されて望む均一度及び拡散角を有するようになる。
【００３８】
図３及び図４は、本発明の１実施形態によるシール層を有する光拡散型発光ダイオードの拡散角を示した図面である。
【００３９】
図３は、１００％のシリコーンで作製した一般的なシール層を有する発光ダイオードの光拡散角を示すものであって、その拡散角は５０度を示している。図４は、本発明の１実施形態におけるマイクロスフェア粒子を包含した、シリコーンとエポキシが７７：２３の割合で混合されたシール層を形成してなる光拡散型発光ダイオードの光拡散角を示すものであって、その角が１１４度であることを分る。前記モルディング部内のマイクロスフェア粒子は均一に散在して存在し、このとき、蛍光体を使用する場合、ＬＥＤから放出された光が蛍光体の粒子と衝突して波長が変換されるとともに、放出された光は、拡散剤によって均一かつ広い放出光に変化する。したがって、本発明による光拡散層によって光の拡散角が略２倍以上拡大されることが確認された。
【００４０】
以上、前記のように本発明の好ましい実施形態を通じて説明したが、当該技術分野の当業者であれば特許請求範囲に記載した本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
発光ダイオード用シール物質であって、極性または屈折率の異なる２種以上の物質を混合することによって、容易にＬＥＤの光を拡散させるマイクロスフェアを作製することができ、発光ダイオードの周囲と上部にマイクロスフェア粒子を包含するシール材物質を塗布してパッケージングすることによって、発光ダイオードの光を均一に散乱・屈折させてＬＥＤの光発散角を大きくかつ均一にすることに利用することができる。また、前記シール層に均一な密度のマイクロスフェア粒子が存在することによって、従来の発光ダイオードをパッケージングするときの無機粒子を分散させる場合と比べて粒子の沈澱を減少させることにより、粒子の沈澱による光効率の低下問題などを解決することができるため産業的に有用に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１実施形態による光拡散層を有する発光装置を示す側断面の模式図である。
【図２】本発明の１実施形態によるチップから発光される光が拡散層を通過しながら発散角が大きくなるメカニズムを示す模式図である。
【図３】本発明の１実施形態において、チップから発光した光が拡散層を通過しながら発散角が拡大される実験結果を示す図面である。
【図４】本発明の１実施形態において、チップから発光した光が拡散層を通過しながら発散角が拡大される実験結果を示した図面である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  発光ダイオード
１０１  Ａｕワイヤ
１０２  シール層
１０３  支持部（リフレクター）
１０４  シール層を形成する主成分物質
１０５  シール層に分散されているマイクロスフェア粒子
【図１】
2009512226.tif 000003
【図２】
2009512226.tif 000004
【図３】
2009512226.tif 000005
【図４】
2009512226.tif 000006
【国際調査報告】
2009512226.tif 000007
2009512226.tif 000008