(57)【要約】【課題】本発明は、出射光の色温度の分布が均一である発光ダイオードを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の発光ダイオードは、基板と、基板に結合される発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップを実装する封止体と、封止体の外側表面に設置される蛍光物質層と、を備え、蛍光物質層における蛍光物質の濃度、蛍光物質の粒数又は蛍光物質の厚さと、発光ダイオードチップの出射光の光強度Ｉとは、発光ダイオードチップの出射光の射出角θに対して全てランバート分布を呈し、発光ダイオードチップの出射光の光強度Ｉと射出角θとは以下の条件式を満足する。  Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°ただし、Ｉ０は、前記発光ダイオードチップの中心軸に対応する箇所の出射光の光強度を示し、射出角θは、前記発光ダイオードチップの出射光と前記発光ダイオードチップの中心軸との間の夾角を示す。【選択図】図１
2013145826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に結合される発光ダイオードチップと、
前記発光ダイオードチップを前記基板に実装する封止体と、
前記封止体の外側表面に設置される蛍光物質層と、
を備えてなる発光ダイオードであって、
前記蛍光物質層における蛍光物質の濃度、蛍光物質の粒数又は蛍光物質の厚さと、前記発光ダイオードチップの出射光の光強度Ｉとは、前記発光ダイオードチップの出射光の射出角θに対して全てランバート分布を呈し、前記発光ダイオードチップの出射光の光強度Ｉと射出角θとは以下の条件式を満足することを特徴とする発光ダイオード。
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°
ただし、Ｉ０は、前記発光ダイオードチップの中心軸に対応する箇所の出射光の光強度を示し、射出角θは、前記発光ダイオードチップの出射光と前記発光ダイオードチップの中心軸との間の夾角を示す。
【請求項２】
前記蛍光物質層の外側は透光する保護層に覆われる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】
前記基板には凹部が設けられ、前記発光ダイオードチップは、前記凹部に収容され且つ前記凹部の内表面に結合され、前記封止体は前記凹部に充填され、且つ前記封止体の外側表面と前記基板の上表面は同一平面に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記発光ダイオードチップは、前記基板の一面側に直接に結合され、前記封止体は半球状であり、前記蛍光物質層は、前記封止体の外側表面を覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）を光源とするランプは、従来の白熱灯に比べて省エネルギーであって且つ環境保護にも有利である。従来の白色光を発する発光ダイオードは、基板と、前記基板に設置される発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップの上に設置される蛍光物質層と、前記発光ダイオードチップを前記基板に実装する封止体と、を備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記蛍光物質層は、前記発光ダイオードチップに直接に接触するので、前記発光ダイオードチップの作動温度の影響を受けて、その吸収及び発射のスペクトル（ｓｐｅｃｔｒｕｍ）が変化し、発光ダイオードが発する白色光は、異なる射出角度に対する色温度の分布が不均一となる。
【０００４】
本発明の目的は、前記課題を解決し、出射光の色温度の分布が均一である発光ダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る発光ダイオードは、基板と、前記基板に結合される発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップを前記基板に実装する封止体と、前記封止体の外側表面に設置される蛍光物質層と、を備え、前記蛍光物質層における蛍光物質の濃度、蛍光物質の粒数又は蛍光物質の厚さと、前記発光ダイオードチップの出射光の光強度Ｉとは、前記発光ダイオードチップの出射光の射出角θに対して全てランバート分布を呈し、前記発光ダイオードチップの出射光の光強度Ｉと射出角θとは以下の条件式を満足する。
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°
ただし、Ｉ０は、前記発光ダイオードチップのその中心軸に対応する箇所の出射光の光強度を示し、射出角θは、前記発光ダイオードチップの出射光と前記発光ダイオードチップの中心軸との間の夾角を示す。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の発光ダイオードにおいて、蛍光物質層における蛍光物質の濃度、蛍光物質の粒数又は蛍光物質の厚さと、発光ダイオードチップの出射光の光強度とは、前記発光ダイオードチップの出射光の射出角に対して全てランバート分布を呈するので、前記発光ダイオードの出射光の色温度の分布は均一になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る発光ダイオードの発光ダイオードチップの光強度の分布を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る発光ダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係る発光ダイオード１００は、第一色温度を有する可視光線を発することができる。前記発光ダイオード１００は、熱伝導基板１０と、前記熱伝導基板１０に熱的に結合される発光ダイオードチップ２０と、前記発光ダイオードチップ２０を前記熱伝導基板１０に実装する封止体３０と、前記封止体３０の外側に設置される蛍光物質層（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｌａｙｅｒ）４０と、を備える。
【０００９】
前記熱伝導基板１０の材料には、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ又はこれらの合金のような金属材料、又はＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢｅＯ２、ＳｉＣなどのような導電しないが熱伝導率が高いセラミック材料を採用することができる。前記熱伝導基板１０には、その上表面から下表面に向かって凹んで台形の断面を有する凹部１２が設けられている。他の実施形態において、前記凹部１２の断面は、矩形のような他の形状とすることができる。
【００１０】
前記発光ダイオードチップ２０は、前記凹部１２の内表面に熱的に結合される。
【００１１】
前記封止体３０は、前記熱伝導基板１０の凹部１２に充填されて、前記発光ダイオードチップ２０を実装する。前記封止体３０の外側表面と前記熱伝導基板１０の上表面とは、同一平面に位置する。前記封止体３０の材料には、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ  ｒｅｓｉｎ）、ＰＭＭＡ、ＰＣなどの透光材料を採用する。
【００１２】
前記蛍光物質層４０は、前記封止体３０の外側表面に形成される。前記蛍光物質層４０の材料は、硫化物（Ｓｕｌｆｉｄｅｓ）、アルミン酸塩（Ａｌｕｍｉｎａｔｅｓ）、酸化物（Ｏｘｉｄｅｓ）、ケイ酸塩（Ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）、窒化物（Ｎｉｔｒｉｄｅｓ）又は窒酸化物（Ｏｘｉｎｉｔｒｉｄｅｓ）などである。具体的には、前記蛍光物質層４０の材料は、Ｇａ２Ａｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＹＡＧ）、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＴＡＧ）、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋（Ｍｎ２＋）、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ２＋、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）３Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）ＳｉｘＯｙＮｚ：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｍｇ，Ｙ）ＳｉｗＡｌｘＯｙＮｚ：Ｅｕ２＋、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅなどの物質とすることができる。前記蛍光物質層４０の断面は、矩形であり、その厚さは７００μｍより小さいか等しく、好ましくは５００μｍより小さいか等しい。前記蛍光物質層４０は、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ  ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）などの方法によって、前記封止体３０の外側表面に形成される。
【００１３】
前記発光ダイオードチップ２０は、可視光線を発することができる材料を採用して、第二色温度を有する可視光線を発する。図２に示されたように、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の光強度Ｉは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対してランバート（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）分布を呈し、即ち出射光の光強度Ｉと射出角θとは以下の条件式を満足する。
【００１４】
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°  ……（１）
【００１５】
Ｉ０は、前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏに対応する箇所の出射光の光強度を示し、射出角θは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光と前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏとの間の夾角を示す。
【００１６】
前記蛍光物質層４０における蛍光物質の濃度Ｃと前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θとは、以下の条件式を満足する。
【００１７】
Ｃ＝Ｃ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°  ……（２）
【００１８】
Ｃ０は、前記蛍光物質層４０における前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏに対応する箇所の蛍光物質の濃度であり、射出角θは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光と前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏとの間の夾角を示し、即ち、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の濃度Ｃは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対してランバート分布を呈する。
【００１９】
前記蛍光物質層４０における蛍光物質の濃度Ｃと、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の光強度Ｉとは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対して全てランバート分布を呈するので、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θが小さければ小さいほど、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の光強度Ｉは大きく、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の濃度Ｃも大きく、従って前記発光ダイオードチップ２０が発する第二色温度を有する光線のより多くの割合が、前記蛍光物質層４０に吸収されて第三色温度を有する光線に変換され、前記蛍光物質層４０に吸収されなかった第二色温度を有する光線と前記第三色温度を有する光線とが混合されて、前記発光ダイオード１００が発する第一色温度を有する光線を形成する。従って、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の濃度Ｃと、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の光強度Ｉとが前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対して全てランバート分布を呈する際、前記発光ダイオード１００の出射光の色温度の分布は均一である。
【００２０】
本実施形態においては、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の濃度Ｃを変化させることにより、前記発光ダイオード１００の出射光の色温度を均一に分布させる目的を達成する。他の実施形態においては、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の粒数、又は前記蛍光物質層４０における蛍光物質の厚さを変化させることにより、前記発光ダイオード１００の出射光の色温度を均一に分布させる目的を達成する。
【００２１】
前記蛍光物質層４０における蛍光物質の粒数Ｎと、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θとは、以下の条件式を満足する。
【００２２】
Ｎ＝Ｎ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°  ……（３）
【００２３】
Ｎ０は、前記蛍光物質層４０における前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏに対応する箇所の蛍光物質の粒数であり、射出角θは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光と前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏとの間の夾角を示し、即ち前記蛍光物質層４０における蛍光物質の粒数Ｎは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対してランバート分布を呈する。
【００２４】
前記蛍光物質層４０における蛍光物質の厚さＴと前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θは、以下の条件式を満足する。
【００２５】
Ｔ＝Ｔ０ｃｏｓθ，０°≦θ≦９０°  ……（４）
【００２６】
Ｔ０は、前記蛍光物質層４０における前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏに対応する箇所の蛍光物質の厚さであり、射出角θは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光と前記発光ダイオードチップ２０の中心軸Ｏとの間の夾角を示し、即ち前記蛍光物質層４０における蛍光物質の厚さＴは、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対してランバート分布を呈する。
【００２７】
前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θが小さければ小さいほど、前記発光ダイオードチップ２０の出射光の光強度Ｉは大きく、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の粒数Ｎ又は前記蛍光物質層４０における蛍光物質の厚さＴも大きく、従って前記発光ダイオードチップ２０が発する第二色温度を有する光線のより多くの割合が、前記蛍光物質層４０に吸収されて第三色温度を有する光線に変換され、前記蛍光物質層４０に吸収されなかった第二色温度を有する光線と前記第三色温度を有する光線とが混合されて、前記発光ダイオード１００が発する第一色温度を有する光線を形成する。従って、前記蛍光物質層４０における蛍光物質の粒数Ｎ又は前記蛍光物質層４０における蛍光物質の厚さＴと前記発光ダイオードチップ２０の出射光の光強度Ｉとが前記発光ダイオードチップ２０の出射光の射出角θに対して全てランバート分布を呈する際、前記発光ダイオード１００の出射光の色温度の分布は均一である。
【００２８】
図３を参照すると、本発明の第二実施形態に係る発光ダイオード２００は、前記第一実施形態に係る発光ダイオード１００と比べると、熱伝導基板１０ａには、発光ダイオードチップ２０ａを収容するための凹部が設けられず、前記発光ダイオードチップ２０ａは、前記熱伝導基板１０ａの一面側に直接に熱的に結合され、前記発光ダイオードチップ２０ａを前記熱伝導基板１０ａに実装する封止体３０ａは、半球状であり、蛍光物質層４０ａは、前記封止体３０ａの外側表面を覆う。
【００２９】
図４を参照すると、本発明の第三実施形態に係る発光ダイオード３００は、前記第一実施形態に係る発光ダイオード１００と比べると、前記蛍光物質層４０の外側は透光する保護層５０に覆われ、前記保護層５０の材料は、前記封止体３０の材料と同じである。
【００３０】
以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種種の変更が可能であることは勿論であって、本発明の技術的範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。
【符号の説明】
【００３１】
１００，２００  発光ダイオード
１０，１０ａ  熱伝導基板
１２  凹部
２０，２０ａ  発光ダイオードチップ
３０，３０ａ  封止体
４０，４０ａ  蛍光物質層
５０  保護層
【図１】
2013145826.tif 000003
【図２】
2013145826.tif 000004
【図３】
2013145826.tif 000005
【図４】
2013145826.tif 000006