(57)【要約】【課題】所望の発光色を容易に得ることができる硫化物系蛍光体を使用したＬＥＤにおいて、耐湿性、耐光性及び輝度の向上を実現する。【解決手段】ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム１２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１４を形成し、該リフレクタ１４の底面上に、紫外光を発光するＬＥＤチップ１６をダイボンドにより接続固定し、また、上記ＬＥＤチップ１６の表面を透光性を備えたコーティング材２２で被覆・封止すると共に、該コーティング材２２中に、硫化物系蛍光体２４とＹＡＧ蛍光体２６とを分散状態で多数混入した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップを透光性を有するコーティング材で被覆すると共に、該コーティング材中に硫化物系蛍光体を混入して成る発光ダイオードにおいて、上記コーティング材中にＹＡＧ蛍光体を混入したことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
上記コーティング材中に混入するＹＡＧ蛍光体を５重量％以上、硫化物系蛍光体を９５重量％以下と成したことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＬＥＤチップを透光性を有するコーティング材で被覆すると共に、該コーティング材中に硫化物系蛍光体を混入して成る発光ダイオード（ＬＥＤ）に係り、特に、上記コーティング材中にＹＡＧ蛍光体を混入することにより、耐湿性、耐光性及び輝度の向上を図った発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ等の硫化物系の蛍光体は、構成成分の配合割合（例えば、ＺｎとＣｄの配合割合）を適宜変化させることで、赤、緑、青等広範囲の発光波長を容易に得ることができる蛍光体であるため、従来から、発光ダイオード用の蛍光体として用いられている。
図３は、硫化物系の蛍光体を用いた従来の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）の一例を示すものであり、該ＬＥＤ６０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、紫外光等の光を発光する発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）６６を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・封止されている。
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光等の光を所定色の可視光に変換する硫化物系蛍光体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、先端に凸レンズ部７６を有する透光性樹脂材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が発光して紫外光等の光が放射される。この光がコーティング材７２中の硫化物系蛍光体７４に照射されることにより、所定色の可視光に波長変換され、該可視光が透光性樹脂材７８の凸レンズ部７６によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ等の硫化物系蛍光体７４は、上記の通り、構成成分の配合割合（例えば、ＺｎとＣｄの配合割合等）を適宜変化させることで、赤、緑、青等広範囲の発光波長を容易に得ることができる蛍光体であるため、ＬＥＤ６０用の蛍光体として好適な特性を備えているものである。
しかしながら、一方で、硫化物系蛍光体７４は耐湿性に劣るという欠点があった。このため、硫化物系蛍光体７４を用いたＬＥＤ６０が高湿環境下等で使用されると、上記硫化物系蛍光体７４が、透光性樹脂材７８の表面等から内部へ浸入した空気中の水分及びＬＥＤチップ６６の光と反応して光分解し、表面に亜鉛金属等の構成金属元素を析出して黒色等に変色劣化してＬＥＤ６０の輝度低下を招来することがあった。
また、硫化物系蛍光体７４は、発光輝度が必ずしも十分とはいえないため、ＬＥＤ６０の用途によっては、輝度不足の場合が生じていた。
さらに、硫化物系蛍光体７４は、エネルギーの大きい紫外光等の短波長光によって劣化することがあり、耐光性においても必ずしも十分とはいえなかった。
【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、所望の発光色を容易に得ることができる硫化物系蛍光体を使用したＬＥＤにおいて、耐湿性、耐光性及び輝度の向上を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明に係る発光ダイオードは、ＬＥＤチップを透光性を有するコーティング材で被覆すると共に、該コーティング材中に硫化物系蛍光体を混入して成る発光ダイオードにおいて、上記コーティング材中にＹＡＧ蛍光体を混入したことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る発光ダイオードにあっては、コーティング材中に、硫化物系蛍光体と共に、該硫化物系蛍光体より高輝度且つ高耐湿性、高耐光性のＹＡＧ蛍光体を混入したので、従来のＬＥＤ６０の如くコーティング材７２中に硫化物系蛍光体７４だけを混入した場合に比べて、発光ダイオードの耐湿性、耐光性及び輝度を向上させることができる。
【０００９】
尚、コーティング材中に混入するＹＡＧ蛍光体の重量比が小さすぎると、発光ダイオードの耐湿性、耐光性及び輝度向上効果が小さいため、コーティング材中に混入するＹＡＧ蛍光体は５重量％以上、硫化物系蛍光体は９５重量％以下とするのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明に係るＬＥＤの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る第１のＬＥＤ１０を示す概略断面図であり、この第１のＬＥＤ１０は、ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム１２の先端部１２ａ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１４を形成し、該リフレクタ１４の底面上に、紫外光を発光するＬＥＤチップ１６をＡｇペースト等を介してダイボンドにより接続固定し、以て、上記第１のリードフレーム１２と、ＬＥＤチップ１６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１８の先端部１８ａと、上記ＬＥＤチップ１６上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続して成る。
上記ＬＥＤチップ１６は、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶で構成されている。
【００１１】
上記ＬＥＤチップ１６の上面及び側面は、リフレクタ１４内に充填されたコーティング材２２によって被覆・封止されている。該コーティング材２２は、透光性を有するガラス等の無機材料で構成されている。
エポキシ樹脂等の有機材料と異なり、ガラス等の無機材料は、エネルギーの大きい紫外光等の短波長光を殆ど吸収することがなく、また、短波長光を吸収したとしても、分子結合力が強いため劣化することが殆どない。このため、ＬＥＤチップ１６を被覆するコーティング材２２を無機材料で構成することにより、ＬＥＤチップ１６から放射されるエネルギーの大きい短波長光によるコーティング材２２の劣化・変色が防止され、コーティング材２２の劣化・変色に起因するＬＥＤ１０の光度減少や色調変化を生じることがない。
【００１２】
また、上記コーティング材２２中には、ＬＥＤチップ１６から発光される紫外光を所定色の可視光に変換する硫化物系蛍光体２４と、ＬＥＤチップ１６から発光される紫外光を黄色や黄緑等の黄色系の可視光（以下、黄色可視光と称する）に変換するＹＡＧ蛍光体２６が分散状態で多数混入されている。硫化物系蛍光体２４とＹＡＧ蛍光体２６とは、予め十分に混合させた後、上記コーティング材２２中に混入される。
【００１３】
上記硫化物系蛍光体２４としては、例えば、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＣａＳ：Ｅｕ等が挙げられる。
上記硫化物系蛍光体２４は、構成成分の配合割合を適宜変化させることで、赤、緑、青等広範囲の発光波長を容易に得ることができる蛍光体である。
例えば、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：ＡｇにおけるＺｎとＣｄの配合割合に関して、Ｃｄの配合割合を増加させると、より赤色側の発光波長へとシフトさせることができる。
【００１４】
上記ＹＡＧ蛍光体２６としては、例えば、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ等が該当する。
ＹＡＧ蛍光体２６は、硫化物系蛍光体２４に比べて耐湿性、耐光性に優れていると共に、高輝度なものである。
【００１５】
上記コーティング材２２を無機材料としてのガラスで構成する場合には、比較的低温でのガラス合成が可能なゾルゲル法を用いて作製される、いわゆるゾルゲルガラスを用いることができる。
ゾルゲル法は、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３等の金属アルコキシドを出発物質として、その加水分解、脱水縮合反応を利用してガラスを合成するものであり、溶液状態から出発するため、任意の形状のガラスに成形容易である。
【００１６】
具体的には、上記コーティング材２２は、リフレクタ１４内に、予め十分に混合した硫化物系蛍光体２４及びＹＡＧ蛍光体２６を混入して成る溶液状態のゾルゲルガラス材料を充填した後、約２００〜４００℃の温度で数時間加熱することにより形成可能である。
尚、リフレクタ１４内へのゾルゲルガラス材料の充填には適宜な方法を用いることができ、例えば、リフレクタ１４形成箇所以外の第１のリードフレーム１２及び第２のリードフレーム１８表面をマスクし、この状態で、溶液状態のゾルゲルガラス材料の満たされた槽内に浸漬したり、或いは溶液状態のゾルゲルガラス材料をスプレー塗布すれば良い。またマイクロディスペンサーを用いて、溶液状態のゾルゲルガラス材料をリフレクタ１４内に充填しても良い。
【００１７】
上記コーティング材２２で被覆されたＬＥＤチップ１６、第１のリードフレーム１２の先端部１２ａ及び端子部１２ｂの上端、第２のリードフレーム１８の先端部１８ａ及び端子部１８ｂの上端は、先端に凸レンズ部２８を有するエポキシ樹脂等より成る透光性樹脂材３０によって被覆・封止されている。
また、上記第１のリードフレーム１２の端子部１２ｂ及び第２のリードフレーム１８の端子部１８ｂの下端は、透光性樹脂材３０の下端部を貫通して透光性樹脂材３０外部へと導出されている。
尚、上記第１のリードフレーム１２、第２のリードフレーム１８は、銅、銅亜鉛合金、鉄ニッケル合金等により構成される。
【００１８】
而して、第１のリードフレーム１２及び第２のリードフレーム１８を介してＬＥＤチップ１６に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ１６が発光して紫外光が放射される。この紫外光が、上記硫化物系蛍光体２４に照射されることにより波長変換されて、所定色の可視光が発光される。また、紫外光が、上記ＹＡＧ蛍光体２６に照射されることにより波長変換されて、黄色可視光が放射される。そして、硫化物系蛍光体２４から放射された可視光の発光色と、ＹＡＧ蛍光体２６から放射された可視光の黄色とが混色して得られた混色光が、透光性樹脂材３０の凸レンズ部２８によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
【００１９】
本発明の第１のＬＥＤ１０にあっては、コーティング材２２中に、硫化物系蛍光体２４と共に、該硫化物系蛍光体２４より高輝度且つ高耐湿性、高耐光性のＹＡＧ蛍光体２６を混入したので、従来のＬＥＤ６０の如くコーティング材７２中に硫化物系蛍光体７４だけを混入した場合に比べて、発光ダイオードの耐湿性、耐光性及び輝度を向上させることができる。
【００２０】
尚、コーティング材２２中に混入するＹＡＧ蛍光体２６の重量比率が小さすぎると、発光ダイオードの耐湿性、耐光性及び輝度向上効果が小さいため、ＹＡＧ蛍光体２６は５重量％以上、硫化物系蛍光体２４は９５重量％以下とするのが好ましい。
【００２１】
紫外光を発光するＬＥＤチップ１６を用いた本発明の第１のＬＥＤ１０においては、硫化物系蛍光体２４とＹＡＧ蛍光体２６との混合比率を適宜選択すると共に、硫化物系蛍光体２４の構成成分の配合割合を適宜変化させることにより、赤、緑、青等広範囲の発光波長を容易に得ることができる。
尚、ＹＡＧ蛍光体２６は、上記の通り、黄色や黄緑等の黄色系の可視光を発光することから、緑色発光を得る場合には、ＹＡＧ蛍光体２６の黄色可視光の影響が比較的小さく、従って、硫化物系蛍光体２４と混合するＹＡＧ蛍光体２６の比率を比較的大きくすることができる。
一方、赤色発光や青色発光を得る場合には、ＹＡＧ蛍光体２６の黄色可視光の影響が大きくなるため、硫化物系蛍光体２４と混合するＹＡＧ蛍光体２６の比率は小さくすることが望ましい。もっともこの場合であっても、上記の通り、ＹＡＧ蛍光体２６の重量比率は５重量％以上と成される。
例えば、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇより成る硫化物系蛍光体２４を９０〜９５重量％、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅより成るＹＡＧ蛍光体２６を１０〜５重量％の割合で混合し、且つ、上記（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇより成る硫化物系蛍光体２４のＺｎを３５〜４５重量％、Ｃｄを６５〜５５重量％の割合で混合した場合、赤色発光を得ることができる。尚、Ｚｎを４０重量％、Ｃｄを６０重量％の割合で混合した場合に高い純度の赤色発光が得られる。
また、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇより成る硫化物系蛍光体２４を５０〜９０重量％、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅより成るＹＡＧ蛍光体２６を５０〜１０重量％の割合で混合し、且つ、上記（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇより成る硫化物系蛍光体２４のＺｎを５５〜６５重量％、Ｃｄを４５〜３５重量％の割合で混合した場合、緑色発光を得ることができる。尚、Ｚｎを６０重量％、Ｃｄを４０重量％の割合で混合した場合に高い純度の緑色発光が得られる。
さらに、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇより成る硫化物系蛍光体２４を７０〜８０重量％、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅより成るＹＡＧ蛍光体２６を３０〜２０重量％の割合で混合し、且つ、上記（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇより成る硫化物系蛍光体２４のＺｎを７５〜８５重量％、Ｃｄを２５〜１５重量％の割合で混合した場合、青色発光を得ることができる。尚、Ｚｎを８０重量％、Ｃｄを２０重量％の割合で混合した場合に高い純度の青色発光が得られる。
【００２２】
図２は、本発明に係る表面実装型の第２のＬＥＤ４０を示すものである。この第２のＬＥＤ４０は、樹脂等より成る略直方体形状の絶縁基板４２と、ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム４４と、第２のリードフレーム４６を備えており、上記第１のリードフレーム４４は、上記絶縁基板４２の表面から一方の側面を通って裏面に至るまで延設され、また、第２のリードフレーム４６は、上記絶縁基板４２の表面から他方の側面を通って裏面に至るまで延設されている。上記第１のリードフレーム４４と第２のリードフレーム４６の先端間及び後端間にはそれぞれ所定の間隙が設けられていて相互に電気絶縁されている。
【００２３】
上記第１のリードフレーム４４の先端部には、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内面を反射面と成して形成したリフレクタ４８が設けられており、該リフレクタ４８の底面上に、ＬＥＤチップ１６をダイボンドにより接続固定することにより、第１のリードフレーム４４と、ＬＥＤチップ１６底面の一方の電極とが電気的に接続されている。また、第２のリードフレーム４６と、上記ＬＥＤチップ１６上面の他方の電極とがボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続されている。
【００２４】
上記ＬＥＤチップ１６の上面及び側面は、上記第１のＬＥＤ１０と同様に、リフレクタ４８内に充填されたコーティング材２２によって被覆・封止されると共に、該コーティング材２２中には、ＬＥＤチップ１６から発光される紫外光を所定色の可視光に変換する硫化物系蛍光体２４と、ＬＥＤチップ１６から発光される紫外光を黄色可視光に変換するＹＡＧ蛍光体２６が分散状態で多数混入されている。
さらに、上記ＬＥＤチップ１６、コーティング材２２、絶縁基板４２表面に配置された第１のリードフレーム４４及び第２のリードフレーム４６は、透光性エポキシ樹脂等より成り、先端に凸レンズ部５０を有する透光性樹脂材５２によって被覆・封止されている。
【００２５】
上記第２のＬＥＤ４０にあっては、第１のリードフレーム４４及び第２のリードフレーム４６を介してＬＥＤチップ１６に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ１６が発光して紫外光が放射される。この紫外光が、上記硫化物系蛍光体２４に照射されることにより波長変換されて、所定色の可視光が発光される。また、紫外光が、上記ＹＡＧ蛍光体２６に照射されることにより波長変換されて、黄色可視光が放射される。そして、硫化物系蛍光体２４から放射された可視光の発光色と、ＹＡＧ蛍光体２６から放射された可視光の黄色とが混色して得られた混色光が、透光性樹脂材５２の凸レンズ部５０によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
【００２６】
本発明の第２のＬＥＤ４０も、上記第１のＬＥＤ１０と同様に、コーティング材２２中に、硫化物系蛍光体２４と共に、該硫化物系蛍光体２４より高輝度且つ高耐湿性、高耐光性のＹＡＧ蛍光体２６を混入したので、従来のＬＥＤ６０の如くコーティング材７２に硫化物系蛍光体７４だけを混入した場合に比べて、発光ダイオードの耐湿性、耐光性及び輝度を向上させることができる。
また、この第２のＬＥＤ４０は、絶縁基板４２の裏面が平坦面であるため、絶縁基板４２裏面に配設された第１のリードフレーム４４及び第２のリードフレーム４６をハンダ付けすることによって、図示しない回路基板への表面実装が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る発光ダイオードにあっては、コーティング材中に、硫化物系蛍光体と共に、該硫化物系蛍光体より高輝度且つ高耐湿性、高耐光性のＹＡＧ蛍光体を混入したので、従来のＬＥＤ６０の如くコーティング材７２中に硫化物系蛍光体７４だけを混入した場合に比べて、発光ダイオードの耐湿性、耐光性及び輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１のＬＥＤの概略断面図である。
【図２】本発明に係る第２のＬＥＤの概略断面図である。
【図３】従来のＬＥＤの概略断面図である。
【符号の説明】
１０      第１のＬＥＤ
１２，４４  第１のリードフレーム
１４，４８  リフレクタ
１６      ＬＥＤチップ
１８，４６  第２のリードフレーム
２２      コーティング材
２４      硫化物系蛍光体
２６      ＹＡＧ蛍光体
３０，５２  透光性樹脂材
４０      第２のＬＥＤ
【図１】
2004172268.tif 000003
【図２】
2004172268.tif 000004
【図３】
2004172268.tif 000005