(57)【要約】【課題】面実装型ＬＥＤ素子においてＬＥＤチップの発光色が短波長化されると、ケース、充填材などを構成していた樹脂部材の劣化が早まり、これにより面実装型ＬＥＤ素子全体が短命化する問題を生じていた。【解決手段】本発明により、青色など発光波長の短いＬＥＤチップ２を使用する面実装型ＬＥＤ素子１において、セラミックで形成されたケース３、低融点ガラスをバインダー６とする蛍光体５および低融点ガラスによる充填部材４などを無機素材化することで、短波長化によりケース用部材、封止用部材などが劣化し、ＬＥＤチップ２、蛍光体５など主要部が寿命に至らない時点で、ケース、封止用充填部材などが劣化し使用に耐えなくなることをなくし課題を解決する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するＬＥＤチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記ＬＥＤチップにはこのＬＥＤチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が周囲に塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型ＬＥＤ素子。
【請求項２】
窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するＬＥＤチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記凹部の空隙には前記ＬＥＤチップからの光で励起する蛍光体を混和、分散した低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型ＬＥＤ素子。
【請求項３】
窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するＬＥＤチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記凹部の内面には前記ＬＥＤチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型ＬＥＤ素子。
【請求項４】
窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するＬＥＤチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填され、前記低融点ガラスの外表面には前記ＬＥＤチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が塗布されていることを特徴とする面実装型ＬＥＤ素子。
【請求項５】
前記ケースの凹部にマウントされる前記ＬＥＤチップが複数であることを特徴とする請求項１〜請求項４何れかに記載の面実装型ＬＥＤ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に取付けが行われるＬＥＤ素子の構成に関するものであり、詳細には、面実装型と称されて、前記回路基板に取付穴を設けることなく取り付けを可能とする構成とされたＬＥＤ素子に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の波長変換部を用いたＬＥＤ素子（発光装置）としては、青色の発光を行なうＬＥＤチップと、青色光を黄色に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光体とを組合わせた白色発光のＬＥＤが知られている、また、紫外光の発光を行なうＬＥＤチップと白色発光の蛍光体とを組合わせる白色発光のＬＥＤランプも提案されている。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２４２５１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の構成のＬＥＤ素子において、発光色に白色が要求される場合には、ＬＥＤチップに窒化ガリウム系化合物半導体などから成る活性層を有し、発光色としては青色発光が行われるものとすると共に、ケース９３をエポキシ樹脂などで形成する際にＹＡＧ系蛍光体の適量を混和しておき、前記ＬＥＤチップ９１からの青色発光によりＹＡＧ系蛍光体に黄色発光を行わせ、総合として白色光を得るものとしている。
【０００５】
このときに、前記ＬＥＤチップが発光する光は波長が短く、有機の素材などに対する活性度が強いものであるので、ケース、充填剤など樹脂部品は黄変による透明度の低下など劣化を生じ易く、ＬＥＤチップには何らの劣化も生じていない状態であるにもかかわらず、例えば１０００時間程度の使用において、光量が半減し使用不能となる問題点を生じている。また、上記した透明度の低下と共に、ＬＥＤチップ９１からの発熱によりケース９３など樹脂部品の強度が低下し破損などの要因となる問題点も生じている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有するＬＥＤチップをセラミックで形成されたケースの凹部にマウントすると共に、前記ＬＥＤチップにはこのＬＥＤチップからの光で励起し低融点ガラスをバインダーとする蛍光体が周囲に塗布され、更に前記凹部の空隙には低融点ガラスが充填部材として充填されていることを特徴とする面実装型ＬＥＤ素子を提供することで課題を解決するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に示すものは本発明に係る面実装型ＬＥＤ素子１の第一実施形態であり、本発明においては、ＬＥＤチップ２は窒化ガリウム系化合物半導体で活性層が形成されるものであり、青色〜近紫外など短波長寄りの光を発するものとなっている。
【０００８】
また、本発明の面実装型ＬＥＤ素子１においては、ＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）系として前記ＬＥＤチップ２からの光により励起され黄色光を発する蛍光体５が用いられ、前記ＬＥＤチップ２からの青色光との合成色として白色光を得るものである点は従来例のものと同様である。
【０００９】
よって、例えばＬＥＤチップ２をエポキシ樹脂など透明樹脂で封止を行うときには、ＬＥＤチップからの光により黄変を生じるなどして透明度が低下し、比較的に短時間、例えば１０００時間程度で使用に耐えないものとなるなどの問題を生じる可能性があり、また、不透明な部分においても強度の低下などにより封止性能が低下しＬＥＤチップ２の劣化を招く危険性を含むものである。
【００１０】
そこで、本発明においては、前記ったり、前記面実装型ＬＥＤ素子１を形成するに当たり、短波長の光による劣化を生じる可能性が高い樹脂部材など有機部材の使用をなくするものであり、本発明では前記した樹脂部材に換えてケース３はセラミックで形成され、ＬＥＤチップ２を外気から封止するための透明な充填用部材４としては低融点ガラスが採用されている。
【００１１】
前記ケース３は例えばアルミナを原料とするセラミックなどで、ＬＥＤチップ２を収納する凹部３ａを有する略箱状に形成されている。また、前記ケース３には、このケース３を回路基板などにハンダリフローなどの手段により取付けると共に前記ＬＥＤチップ２の電気的接続を行わせるためのリードフレーム３ｂも組み付けられている。
【００１２】
上記のように形成されたケース３には、先ず凹部３ａ側からリードフレーム３ｂにＬＥＤチップ２のマウントが行われる。そして、この第一実施形態ではマウントが行われたＬＥＤチップ２に対して蛍光体５での被覆が行われるが、このときに前記蛍光体５は、低融点ガラスをバインダー６とする状態で塗布され、加熱が行われる。
【００１３】
以上により、前記ＬＥＤチップ２には蛍光体５により発光面の全てが覆われるものとなり、このＬＥＤチップ２を点灯するときには、ＬＥＤチップ２から直射放射される光である青色光と、青色光が蛍光体５を励起することで生じる黄色光とが混合されるものとなる。よって、前記バインダー６中に混和する蛍光体５の量を適正化すれば、合成色として白色光が得られるものとなる。
【００１４】
ここで、上記のようにＬＥＤチップ２を必要量の蛍光体５で覆うときには、前記ケース３の凹部３ａには充填が行われない空隙を生じているものとなるのが通常である。そこで、この第一実施形態では、前記した空隙に充填用部材４としての低融点ガラスを充填するものであり、この充填用部材４も充填後には加熱、溶融が行われて前記ＬＥＤチップ２の封止が行われる。
【００１５】
以上の構成としたことで、ＬＥＤチップ２から放射される短波長である青色光が透過、又は、達するところは、金属、セラミック、ガラスなど全て無機物となり、活性の高い短波長の可視光線、紫外線などによっても透過率、反射率に対し悪影響を及ぼす光学特性上の劣化を短時間に生じることなく、また、脆化など機械的劣化も早急に生じることがなくなる。
【００１６】
即ち、本発明によれば、前記ＬＥＤチップ２が青色発光、或いは、紫外発光など発光色が短波長化されたときにも、ＬＥＤチップ２を封止するための充填用部材４が短時間の使用で黄変し明るさが低下したり、或いは、ケース３がの脆化して封止性能が低下しＬＥＤチップ２が劣化して短寿命化するなどを防止できるものとなり、ＬＥＤチップ２本来の長寿命である特徴が発揮できるものとなる。
【００１７】
図２は本発明に係る面実装型ＬＥＤ素子１の第二実施形態であり、前の第一実施形態では蛍光体５はバインダー６に混和された状態でＬＥＤチップ２にほぼ一定の厚みとして塗布され、よって、ＬＥＤチップ２から何れの方向に放射される光もほぼ同じ厚さの蛍光体５の層を透過するものとされていた。
【００１８】
従って、第一実施形態の場合は、ＬＥＤチップ２から直接に外部に放射される青色光と、蛍光体を励起することで得られる黄色光との割合を何れの方向に対しても一定に保ちやすく、ＹＡＧ蛍光体を採用して白色光を得る方式の面実装型ＬＥＤ素子１に適するものとなる。
【００１９】
これに対して、第二実施形態のものではＬＥＤチップ２から放射される光の方向により蛍光体５が混和された充填用部材４中を透過する距離に相当の差があるものとなり、例えば透過する距離が短い場合には青色光の割合が多く、距離が長い場合には黄色光の割合が多く凹部３ａ全面を見る場合には色ムラを感じるものとなる。
【００２０】
但し、蛍光体５が三原色蛍光体であって、前記ＬＥＤチップ２からの光の全てを蛍光体５に吸収させ、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の混合としての白色を得る場合には、必要充分な量の蛍光体５を使用することができると共に、凹部３ａに対する充填用部材４の充填作業が一度で良いものとなり、作業工程が簡素化する。
【００２１】
図３に示すものは、本発明に係る面実装型ＬＥＤ素子１の第三実施形態であり、この第三実施形態では蛍光体５はケース３の凹部３ａの内面に塗布されており、ＬＥＤチップ２がマウントされた後には、前記凹部３ａには充填用部材４としての低融点ガラスのみが充填され、そして加熱が行われて前記ＬＥＤチップ２の封止が行われている。
【００２２】
このようにすることで、ＬＥＤチップ２から放射される一部の光、即ち、青色光は直接に外部へ放射され、他の大部分の光は一旦凹部３ａの内面に塗布された蛍光体５に当接し励起した光、即ち、黄色光として外部に放射されるものとなるので、総合の照射光としては白色光が得られるものとなる。
【００２３】
よって、この第三実施形態では、前記蛍光体５は反射光のみで黄色光を放射するものとなるので、前の第一、第二実施形態のように、ＬＥＤチップ２からの光に対する透過率を考慮する必要はなく、凹部３ａの内面に適宜な厚さとして付着していれば良いものとなり作業が簡素化する。但し、点灯時に面実装型ＬＥＤ素子１を見るとＬＥＤチップ２が直視されるので青色を強く感じるものとなる。
【００２４】
図４は、本発明に係る面実装型ＬＥＤ素子１の第四実施形態であり、この第四実施形態では、前記ＬＥＤチップ２がマウントされた凹部３ａに対しては蛍光体５を添加することのない充填用部材４とした低融点ガラスが充填され、これによりＬＥＤチップ２の封止が行われている。
【００２５】
そして、この第四実施形態においては、前記充填用部材４の表面に、例えば同じ低融点ガラスをバインダー６とした蛍光体５を層状に塗布するものであり、このようにすることで前の第三実施形態のように前記ＬＥＤチップ２が直接に見えることを防止し、点灯時に面実装型ＬＥＤ素子１を直接に見る場合でもほぼ白色に輝いて見えるものとし、観視者に違和感を生じるのを防止する。
【００２６】
図５は本発明の第五実施例を示すものであり、上記に説明した第一実施形態〜第四実施形態では、前記面実装型ＬＥＤ素子１は何れも１個のＬＥＤチップ２がマウントされているものとして説明したが、本発明はこれを限定するものではなく、図５に第四実施形態に２個のＬＥＤチップ２を採用したときの例で示したように、何れの実施形態においても複数のＬＥＤチップ２をマウントし面実装型ＬＥＤ素子１を構成するのは自在である。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層を有する発光波長の短いＬＥＤチップを採用する面実装型ＬＥＤ素子において、セラミックで形成されたケース、低融点ガラスをバインダーとする蛍光体、および、低融点ガラスによる充填部材など無機素材化することで、短波長化によりケース用部材、封止用部材などが劣化し、例えばＬＥＤチップ、蛍光体など主要部が寿命に至らない時点で、ケース、封止用充填部材などが劣化し使用に耐えなくなることをなくし、この種の発光色が短波長化された面実装型ＬＥＤ素子の延命に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面実装型ＬＥＤ素子の第一実施形態を示す断面図である。
【図２】同じく本発明に係る面実装型ＬＥＤ素子の第二実施形態を示す断面図である。
【図３】同じく第三実施形態を示す断面図である。
【図４】同じく第四実施形態を示す断面図である。
【図５】同じく第五実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１……面実装型ＬＥＤ素子
２……ＬＥＤチップ
３……ケース
３ａ……凹部
３ｂ……リードフレーム
４……充填用部材
５……蛍光体
６……バインダー
【図１】
2004200531.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004200531.tif 000005
【図４】
2004200531.tif 000006
【図５】
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