(57)【要約】【課題】  蛍光体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と共に蛍光体の量及び表面積を増大させることのできる高輝度な発光ダイオードを実現する。【解決手段】  基板12と、該基板12の表面から側面を経て裏面にまで延設された一対の外部電極14ａ，14ｂを備え、上記基板12表面に配設された一方の外部電極14ａ上にＬＥＤチップ16を固定して、ＬＥＤチップ16底面の一方の電極と一方の外部電極14ａとを接続し、また、ＬＥＤチップ16上面の他方の電極と他方の外部電極14ｂとをボンディングワイヤ18を介して接続し、さらに、蛍光体20を担持して成る不織布22に形成された切込23内に、上記ボンディングワイヤ18を挿入することにより、上記不織布22をＬＥＤチップ16の上面に載置すると共に、ＬＥＤチップ16の側面を、蛍光体20が混入された透光性コーティング材27で被覆・封止して成る発光ダイオード10。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を励起させる波長の光を放射するＬＥＤチップ上面の電極と、外部電極とがボンディングワイヤを介して接続されている発光ダイオードであって、蛍光体を担持して成る繊維の集合体に形成した切込内に、上記ボンディングワイヤを挿入することにより、上記繊維の集合体をＬＥＤチップの上面に載置し、また、上記ＬＥＤチップの側面を蛍光体の混入された透光性のコーティング材で封止したことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
上記繊維の集合体が不織布であり、該不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
請求項２に記載の発光ダイオードの製造方法であって、
不織布をＬＥＤチップの上面に載置する工程と、
蛍光体が混入された未硬化状態のコーティング材を、上記不織布の表面に垂らすことにより、該不織布に蛍光体の混入された未硬化状態のコーティング材を含浸させると共に、上記不織布表面に垂らした未硬化状態のコーティング材の所定量を、該不織布から垂れ落ちさせることにより、ＬＥＤチップの側面を蛍光体が混入されたコーティング材で被覆する工程と、
上記コーティング材を硬化させることにより、不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させると共に、ＬＥＤチップの側面を蛍光体の混入されたコーティング材で封止する工程と、
を備えることを特徴とする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】
この発明は、ＬＥＤチップから発光される紫外線等の光を、所定波長の可視光等の光に波長変換して放射する蛍光体を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に係り、特に、蛍光体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と共に蛍光体の量及び表面積を増大させることの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。
【背景技術】
【０００２】
図７は、蛍光体を有する従来のＬＥＤの一例を示すものであり、該発光ダイオード60は、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線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74が分散状態で多数混入されている。
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、エポキシ樹脂等より成り、先端に凸レンズ部76を有する透光性の外囲器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が発光して紫外線等の光が放射され、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外囲器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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来のＬＥＤ60にあっては、蛍光体74で波長変換された光は、コーティング材72中の蛍光体74を透過する透過光となるため、コーティング材72内部を透過してコーティング材72外部へ出射するまでの間に、その一部が蛍光体74によって吸収（自己吸収）されてしまい、光の取出し効率が良好ではなかった。
また、上記蛍光体74から放射される光の輝度は、一般に蛍光体74の量及び表面積に略比例するものであるが、上記従来のＬＥＤ60にあっては、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中に蛍光体74を混入していたことから、混入できる蛍光体74の量には限界があると共に、透過光の場合には、蛍光体74の量・膜厚が一定以上となると自己吸収の影響が大きくなって輝度低下を生じていた。
【０００６】
この発明は、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、蛍光体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と共に蛍光体の量及び表面積を増大させることの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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明に係る発光ダイオードは、蛍光体を励起させる波長の光を放射するＬＥＤチップ上面の電極と、外部電極とがボンディングワイヤを介して接続されている発光ダイオードであって、蛍光体を担持して成る繊維の集合体に形成した切込内に、上記ボンディングワイヤを挿入することにより、上記繊維の集合体をＬＥＤチップの上面に載置し、また、上記ＬＥＤチップの側面を蛍光体の混入された透光性のコーティング材で封止したことを特徴とする。
上記繊維の集合体としては、不織布が好ましく、この場合、不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させる。
【０００８】
また、本発明に係る発光ダイオード製造方法は、不織布をＬＥＤチップの上面に載置する工程と、蛍光体が混入された未硬化状態のコーティング材を、上記不織布の表面に垂らすことにより、該不織布に蛍光体の混入された未硬化状態のコーティング材を含浸させると共に、上記不織布表面に垂らした未硬化状態のコーティング材の所定量を、該不織布から垂れ落ちさせることにより、ＬＥＤチップの側面を蛍光体が混入されたコーティング材で被覆する工程と、上記コーティング材を硬化させることにより、不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させると共に、ＬＥＤチップの側面を蛍光体の混入されたコーティング材で封止する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光ダイオードにあっては、ＬＥＤチップの上面に繊維の集合体を載置し、該繊維の集合体に蛍光体を担持させたことから、蛍光体で波長変換される光を、蛍光体で反射された反射光として取り出すことができる。このため、蛍光体で波長変換される光を透過光として取り出していた従来の発光ダイオード60に比べ、光の取出し効率が向上し、高輝度化を図ることができる。
しかも、ＬＥＤチップの側面を、蛍光体が混入されたコーティング材27で封止しているので、ＬＥＤチップの側面から放射される光も、コーティング材中の蛍光体で波長変換して取り出すことができ、この結果、上記繊維の集合体に担持した蛍光体で波長変換された光と重畳して高輝度化を実現できる。
また、本発明の発光ダイオードは、ＬＥＤチップ上面の電極と外部電極とを接続しているボンディングワイヤを、繊維の集合体に形成した切込内に挿入することにより、繊維の集合体をＬＥＤチップの上面に確実に載置することができる。この結果、ＬＥＤチップと繊維の集合体間の距離が接近するので、繊維の集合体に担持した蛍光体に照射される光の強度が大きくなり、輝度を向上させることができる。
さらに、本発明の発光ダイオードは、単位体積当たりの繊維の表面積が大きい繊維の集合体に蛍光体を担持させたことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中に蛍光体74を混入した場合に比べ、蛍光体の量及び表面積を増大させることができる。
【００１０】
多数の繊維が立体的に絡み合って形成された不織布を、上記繊維の集合体として用い、
該不織布を構成する繊維に蛍光体を担持させた場合には、単位体積当たりの繊維の表面積が極めて大きいことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中に蛍光体74を混入した場合に比べ、蛍光体の量及び表面積を飛躍的に増大させることができる。
【００１１】
本発明の発光ダイオードの製造方法にあっては、不織布の表面に、蛍光体が混入された未硬化状態のコーティング材を垂らすことにより、不織布を構成する繊維への蛍光体の担持と、蛍光体の混入されたコーティング材によるＬＥＤチップの側面の封止とを略同時に行うことができるので、極めて製造容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づき、本発明に係る発光ダイオードの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る発光ダイオード10を示すものであり、該発光ダイオード10は、樹脂やセラミック等の絶縁材料より成る基板12と、該基板12の表面から側面を経て裏面にまで延設され、相互に絶縁された一対の外部電極14ａ，14ｂを備えている。
また、上記基板12表面に配設された一方の外部電極14ａ上にＬＥＤチップ16ダイボンドして接続固定することにより、ＬＥＤチップ16底面の一方の電極（図示せず）と、一方の外部電極14ａとが電気的に接続されている。さらに、ＬＥＤチップ16上面の他方の電極（図示せず）と、他方の外部電極14ｂとがボンディングワイヤ18を介して電気的に接続されている。
上記ＬＥＤチップ16は、窒化ガリウム系半導体結晶等で構成されており、後述する蛍光体を励起させる波長の紫外線や青色可視光等の光を発光するものである。
【００１３】
上記ＬＥＤチップ16の上面には、蛍光体20を担持して成るシート状の繊維の集合体としての不織布22が載置されている。図２及び図３に示すように、シート状の不織布22は、矩形状や円形状と成されていると共に、その略中心から外端へ至る切込23が形成されている。
不織布22の切込23は、ＬＥＤチップ14の上面に不織布22を載置する際に邪魔となるボンディングワイヤ18を逃がすために設けられているものであり、ＬＥＤチップ16上面の電極と外部電極14ｂとを接続するボンディングワイヤ18を、上記切込23内に挿入することにより、不織布22をＬＥＤチップ16の上面に確実に載置することができる。
【００１４】
上記不織布22は、図４及び図５に示すように、多数の繊維24が立体的に絡み合って形成されるものであり、繊維24間には多数の空隙26（図５参照）が形成されており、また、多数の繊維24が立体的に絡み合っているため、単位体積当たりの繊維24の表面積が極めて大きいものである。蛍光体20は、不織布22を構成する繊維24の表面に被着・担持されているものであり、図６に示すように、繊維24の表面に緻密な層状態で被着・担持される場合の他、繊維24表面の蛍光体20の粒子間に微小な隙間が存在する状態で粗く被着・担持される場合もある（図示省略）。
尚、不織布22を構成する繊維24の繊維密度や、不織布22の厚さ、目付等を適宜調整することにより、不織布22を構成する繊維24の総表面積を任意に増減可能である。
【００１５】
上記繊維24は、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の樹脂繊維、レーヨン等のセルロース系の化学繊維、ガラス繊維、金属繊維等の短繊維から成り、その直径は５〜２０μｍ、長さは０．５〜２０mm程度である。      
尚、長さが５０〜１００mm程度の長繊維から成る繊維24を用いることも勿論可能である。
【００１６】
上記蛍光体20は、紫外線等の光の照射を受けると、この光を所定波長の可視光等の光に波長変換するものであり、例えば以下の組成のものを用いることができる。
紫外線等の光を赤色可視光に変換する赤色発光用の蛍光体20として、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等がある。
また、紫外線等の光を緑色可視光に変換する緑色発光用の蛍光体20として、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等がある。
更に、紫外線等の光を青色可視光に変換する青色発光用の蛍光体20として、(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等がある。
上記赤色発光用の蛍光体20、緑色発光用の蛍光体20、青色発光用の蛍光体20を適宜選択・混合して用いることで、種々の色の発色が可能である。
また、青色の可視光を放射するＬＥＤチップ16を用いて白色光を得る場合には、ＬＥＤチップ16から放射される光を補色としての黄色可視光に変換する黄色発光用の蛍光体20として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＹＢＯ３：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ等がある。
尚、蛍光体20は、有機、無機の蛍光染料や、有機、無機の蛍光顔料を含むものである。
【００１７】
上記ＬＥＤチップ16の側面は、蛍光体20が分散状態で多数混入された透光性エポキシ樹脂等より成るコーティング材27で被覆・封止されている。さらに、ＬＥＤチップ16は、基板12上に配置された所定高さを備えた枠部材28で囲繞されていると共に、該枠部材28内にエポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂等の透光性材料を充填して形成された透光性の蓋部材30によって封止されている。
【００１８】
本発明の発光ダイオード10にあっては、一対の外部電極14ａ，14ｂ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、上記蛍光体20を励起させる紫外線や可視光等の光が放射される。この光が、ＬＥＤチップ16上に載置されている不織布22に担持された蛍光体20、及び、コーティング材27中に混入された蛍光体20
に照射され、所定波長の可視光等の光に波長変換された後、透光性の蓋部材30を透過して外部へ放射されるのである。
【００１９】
而して、本発明の発光ダイオード10にあっては、ＬＥＤチップ16の上面に不織布22を載置し、該不織布22を構成する繊維24の表面に蛍光体20を担持せしめたことから、蛍光体20で波長変換される光を、蛍光体20で反射された反射光として取り出すことができる。このため、蛍光体74で波長変換される光を透過光として取り出していた従来の発光ダイオード60に比べ、光の取出し効率が向上し、高輝度化を図ることができる。
しかも、ＬＥＤチップ16の側面を、蛍光体20が混入されたコーティング材27で被覆・封止しているので、ＬＥＤチップ14の側面から放射される光も、コーティング材27中の蛍光体20で波長変換して取り出すことができ、この結果、上記不織布22に担持した蛍光体20で波長変換された光と重畳して高輝度化を実現できる。
また、本発明の発光ダイオード10は、ＬＥＤチップ16上面の電極と外部電極14ｂとを接続しているボンディングワイヤ18を、不織布22に形成した切込23内に挿入することにより、不織布22をＬＥＤチップ16の上面に確実に載置することができる。この結果、ＬＥＤチップ14と不織布22間の距離が接近するので、不織布22に担持した蛍光体24に照射される光の強度が大きくなり、輝度を向上させることができる。
さらに、本発明の発光ダイオード10は、単位体積当たりの繊維24の表面積が極めて大きい不織布22を構成する繊維24の表面に蛍光体20を担持せしめたことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中に蛍光体74を混入した場合に比べ、蛍光体20の量及び表面積を飛躍的に増大させることができる。この場合、不織布22に担持された蛍光体20で波長変換される光は反射光として取り出されるため、蛍光体20の量が増大しても、光を透過光として取り出している従来の発光ダイオード60の如く、蛍光体による光の自己吸収に起因する輝度低下の生じることがない。
【００２０】
尚、繊維24間に多数の空隙26が形成されている不織布22は、上記空隙26が「ふるいの目」としての機能を果たすこととなり、不織布22に蛍光体20を担持させた場合、粒径の大きい蛍光体20が不織布22の上方に配置され、粒径の小さい蛍光体20は不織布22の下方に配置されることとなる。その結果、不織布22の下方に位置する繊維24間の空隙26が、粒径の大きい蛍光体20で閉塞されることがないため、ＬＥＤチップ16から放射される光は、繊維24間の空隙26を通って不織布22の下方に配置された蛍光体20から上方に配置された蛍光体20にまで十分に照射される。
【００２１】
以下、本発明の発光ダイオード10において、不織布22に蛍光体20を担持させると共に、ＬＥＤチップ16の側面を蛍光体20が混入されたコーティング材27で被覆・封止する方法について説明する。
先ず、蛍光体20が担持されていない不織布22をＬＥＤチップ16の上面に載置する。この際、上記の通り、不織布22の切込23内に、ボンディングワイヤ18を挿入することにより、不織布22をＬＥＤチップ16の上面に確実に載置する。
次に、蛍光体20が混入された未硬化状態のコーティング材27を、不織布22の上方から不織布22表面に対して垂らすことにより、不織布22に蛍光体20が混入された未硬化状態のコーティング材27を含浸させる。また、不織布22表面に垂らした未硬化状態のコーティング材27の所定量を、不織布22から垂れ落ちさせることにより、ＬＥＤチップ16の側面を蛍光体20が混入されたコーティング材27で被覆する。その後、コーティング材27を硬化させれば、不織布22を構成する繊維24の表面に蛍光体20が担持されると共に、ＬＥＤチップ16の側面が蛍光体20の混入されたコーティング材27で封止される。
上記方法にあっては、不織布22の表面に、蛍光体20が混入された未硬化状態のコーティング材27を垂らすことにより、不織布22を構成する繊維24の表面への蛍光体20の担持と、蛍光体20の混入されたコーティング材27によるＬＥＤチップ16の側面の封止とを略同時に行うことができるので、極めて製造容易である。
【００２２】
上記においては、繊維の集合体として、不織布22を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多数の繊維を織り込んで形成した織布を用い、該織布を構成する繊維に蛍光体を担持させても良い。
また、本発明は、外部電極14ａ，14ｂとして、リードフレームを用いた場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【図２】蛍光体を担持した不織布の一例を模式的に示すに平面図である。
【図３】蛍光体を担持した不織布の一例を模式的に示すに平面図である。
【図４】蛍光体を担持した不織布を模式的に示す部分拡大図である。
【図５】不織布を構成する繊維を模式的に示す拡大図である。
【図６】不織布を構成する繊維を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の発光ダイオードを模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
10  発光ダイオード
12  基板
14ａ外部電極
14ｂ外部電極
16  ＬＥＤチップ
18  ボンディングワイヤ
20  蛍光体
22  不織布
23  切込
24  繊維
27  コーティング材
28  枠部材
30  蓋部材
【図１】
2006108511.tif 000003
【図２】
2006108511.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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