(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップから発光されるエネルギーの大きい短波長光によって蛍光体を担持した繊維の集合体が劣化することを防止でき、蛍光体を担持した繊維の集合体の劣化に起因する輝度低下を生じることのない発光ダイオードの実現。【解決手段】  絶縁材料より成る基板12上にＬＥＤチップ14を接続・固定し、該ＬＥＤチップ14の一方の電極と一方の外部電極16ａとを接続すると共に、ＬＥＤチップ14の他方の電極と他方の外部電極16ａとを接続し、また、上記ＬＥＤチップ14を、キャップ状の不織布22で覆うと共に、該不織布22を構成する無機材料としてのガラスより成る繊維24の表面に蛍光体20を担持せしめ、さらに、ＬＥＤチップ14及び不織布22を枠部材28で囲繞すると共に、該枠部材28内に透光性材料を充填して形成した透光性の蓋部材30によってＬＥＤチップ14を封止した発光ダイオード10。【選択図】図１
2009049103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を励起させる紫外線等の短波長光を放射するＬＥＤチップを、無機材料より成る繊維の集合体で覆うと共に、該繊維の集合体に蛍光体を担持させ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】
上記不織布がキャップ状と成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
上記無機材料がガラスであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の発光ダイオード。
【請求項５】
請求項３に記載の発光ダイオードの製造方法であって、蛍光体を担持して成るキャップ状の不織布を、
無機材料より成る繊維で形成した不織布シートの上面に多数の穴を形成する工程、
上記不織布シートの上下面を反転させた状態で、不織布シートの上方から、蛍光体の分散液を不織布シートに浸漬させる工程、
隣接する穴と穴間に位置する切断部に沿って不織布シートを切断する工程、
によって形成す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、紫外線等の短波長光を発光するＬＥＤチップを繊維の集合体で覆うと共に、該繊維の集合体に蛍光体を担持させて成る発光ダイオード（ＬＥＤ）及びその製造方法に係り、特に、エネルギーの大きい短波長光によって蛍光体を担持した繊維の集合体が劣化することを防止でき、蛍光体を担持した繊維の集合体の劣化に起因する輝度低下を生じることのない発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、先に、蛍光体を担持させて成る繊維の集合体をＬＥＤチップ上に配置したＬＥＤ（特開２００６−６００９９）や、蛍光体を担持させて成る繊維の集合体でＬＥＤチップを覆ったＬＥＤ（特開２００６−１４７９２５）を提案した。
図１０は、蛍光体を担持させて成る繊維の集合体でＬＥＤチップを覆ったＬＥＤを示すものであり、このＬＥＤ60は、絶縁材料より成る基板62上に、ＬＥＤチップ64を接続・固定して成る。
また、上記基板62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66ａ，66ｂが相互に絶縁された状態で形成されている。
【０００３】
上記ＬＥＤチップ64上面の一方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ68を介して、一方の外部電極66ａに接続されると共に、ＬＥＤチップ64上面の他方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ68を介して、他方の外部電極66ｂに接続されている。
【０００４】
上記ＬＥＤチップ64及びボンディングワイヤ68は、基板62上に載置された蛍光体70を担持して成るドーム状の繊維の集合体としての不織布72で覆われている。蛍光体70は、上記不織布72を構成する繊維の表面に担持されているものである。
上記ＬＥＤチップ64及び不織布72は、基板62上に配置された所定高さを備えた枠部材74で囲繞されていると共に、該枠部材74内に透光性材料を充填して形成された透光性の蓋部材76によって封止されている。
【０００５】
上記発光ダイオード60にあっては、一対の外部電極66ａ，66ｂを介してＬＥＤチップ64に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ64が発光して、上記蛍光体70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64を覆うドーム状の不織布72に担持された蛍光体70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76を透過して外部へ放射されるのである。
【０００６】
上記発光ダイオード60は、ＬＥＤチップ64をドーム状の不織布72で覆い、該不織布72を構成する繊維の表面に蛍光体70を担持せしめたことから、蛍光体70で波長変換される光を、蛍光体70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、光の取出し効率が向上し、高輝度化を図ることができるのである。しかも、ＬＥＤチップ64が不織布72で覆われているので、ＬＥＤチップ64から放射されたほぼ全ての光を、蛍光体70を担持した不織布72に照射することができる。
また、上記発光ダイオード60は、単位体積当たりの繊維の表面積が極めて大きい不織布72を構成する繊維の表面に蛍光体70を担持せしめたことから、蛍光体70の量及び表面積を飛躍的に増大させることができるのである。
【特許文献１】特開２００６−６００９９
【特許文献２】特開２００６−１４７９２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記ＬＥＤ60にあっては、ＬＥＤチップ60から発光されるエネルギーの大きい紫外線等の短波長光によって、蛍光体70を担持した不織布72が劣化し、不織布72の劣化に起因してＬＥＤ60の輝度低下を生じることがあった。
【０００８】
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、ＬＥＤチップから発光されるエネルギーの大きい短波長光によって蛍光体を担持した繊維の集合体が劣化することを防止でき、蛍光体を担持した繊維の集合体の劣化に起因する輝度低下を生じることのない発光ダイオードと、該発光ダイオード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】
【０００９】
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紫外線等の短波長光を放射するＬＥＤチップを、無機材料より成る繊維の集合体で覆うと共に、該繊維の集合体に蛍光体を担持させ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。当該不織布は、例えば、キャップ状と成される。
上記無機材料としては、ガラスが該当する。
【００１０】
また、本発明に係る発光ダイオードの製造方法は、蛍光体を担持して成るキャップ状の不織布を、無機材料より成る繊維で形成した不織布シートの上面に多数の穴を形成する工程、上記不織布シートの上下面を反転させた状態で、不織布シートの上方から、蛍光体の分散液を不織布シートに浸漬させる工程、隣接する穴と穴間に位置する切断部に沿って不織布シートを切断する工程、によって形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光ダイオードにあっては、ＬＥＤチップを覆う繊維の集合体を無機材料で構成したので、ＬＥＤチップから発光されるエネルギーの大きい紫外線等の短波長光による繊維の集合体の劣化が防止され、繊維の集合体の劣化に起因する発光ダイオードの輝度低下を生じることがない。
【００１２】
また、本発明の発光ダイオードの製造方法にあっては、蛍光体を担持して成るキャップ状の不織布を、１枚の不織布シートから多数形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、この発光ダイオード10は、樹脂やセラミック等の絶縁材料より成る基板12上に、ＬＥＤチップ14を接続・固定して成る。該ＬＥＤチップ14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４００ｎｍ以下の波長の紫外線や、４１０ｎｍの波長の青色可視光等の短波長光を発光するものである。
また、上記基板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16ａ，16ｂが相互に絶縁された状態で形成されている。
【００１４】
上記ＬＥＤチップ14上面の一方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ18を介して、一方の外部電極16ａに接続されると共に、ＬＥＤチップ14上面の他方の電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ18を介して、他方の外部電極16ｂに接続されている。
【００１５】
上記ＬＥＤチップ14及びボンディングワイヤ18は、基板12上に載置された蛍光体20を担持して成る繊維の集合体としてのキャップ状の不織布22で覆われている。該キャップ状の不織布22は、接着等の手段で基板12上に接合・固定されている。
不織布22は、図２及び図３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３参照）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４に示すように、繊維24の表面に、蛍光体20の粒子が多数被着されている。
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。
【００１６】
上記繊維24は、無機材料であるガラスで構成されている。ガラス等の無機材料は、エポキシ樹脂等の有機材料とは異なり、紫外線等のエネルギーの大きい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。
【００１７】
上記蛍光体20は、紫外線や青色可視光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。
紫外線や青色可視光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、紫外線や青色可視光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、青色可視光を放射するＬＥＤチップ14を用いて白色光を得る場合には、ＬＥＤチップ14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24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。
【００１８】
上記ＬＥＤチップ14及び不織布22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。
【００１９】
本発明の発光ダイオード10にあっては、一対の外部電極16ａ，16ｂを介してＬＥＤチップ14に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ14が発光して、上記蛍光体20を励起させる紫外線や青色可視光等の短波長光が放射される。この短波長光が、ＬＥＤチップ14を覆うドーム状の不織布22に担持された蛍光体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。
【００２０】
上記本発明の発光ダイオード10は、ＬＥＤチップ14をキャップ状の不織布22で覆い、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、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14が不織布22で覆われているので、ＬＥＤチップ14から放射されたほぼ全ての光を、蛍光体20を担持した不織布22に照射することができる。
また、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、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。
【００２１】
尚、図１においては上記キャップ状の不織布22として、内部が中空の略直方体形状のものを例示したが、ドーム形状であっても良く、要するに、ＬＥＤチップ14が不織布22で覆われていれば良い。
【００２２】
本発明の発光ダイオード10にあっては、不織布22を構成する繊維24を無機材料であるガラスで構成したので、ＬＥＤチップ14から発光されるエネルギーの大きい紫外線等の短波長光による不織布22の劣化が防止され、不織布22の劣化に起因するＬＥＤ10の輝度低下を生じることがない。
【００２３】
以下、本発明の発光ダイオード10において、蛍光体20を担持して成る上記キャップ状の不織布22を製造する方法について説明する。
先ず、ガラスより成る繊維で形成した不織布シート40を準備する（図５）。この不織布シート40は３mm程度の厚さと成される。次に、平面ドリル等を用いて、上記不織布シート40の上面に多数の穴42を形成する（図６）。この穴42の深さは２mm程度と成される。
【００２４】
次に、図７に示すように、不織布シート40の上下面を反転させた状態で、不織布シート40の上方から、蛍光体20の分散樹脂液を、印刷、吹付け等の方法により不織布シート40に浸漬させる。
【００２５】
蛍光体20の分散樹脂液の乾燥後、隣接する穴42と穴42間に位置する切断部43に沿って不織布シート40を切断する。この結果、図９に示すように、蛍光体20を担持して成るキャップ状の不織布22が多数形成されるのである。
本発明方法にあっては、蛍光体20を担持して成るキャップ状の不織布22を、１枚の不織布シート40から多数形成することができる。
【００２６】
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。この織布も、不織布22には及ばないものの、単位体積当たりの繊維の表面積が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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を模式的に示す部分拡大図である。
【図３】不織布を構成する繊維を模式的に示す拡大図である。
【図４】不織布を構成する繊維を模式的に示す断面図である。
【図５】蛍光体を担持した不織布の製造方法を示す説明図である。
【図６】蛍光体を担持した不織布の製造方法を示す説明図である。
【図７】蛍光体を担持した不織布の製造方法を示す説明図である。
【図８】蛍光体を担持した不織布の製造方法を示す説明図である。
【図９】蛍光体を担持した不織布の製造方法を示す説明図である。
【図１０】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】
【００２８】
10  発光ダイオード
12  基板
14  ＬＥＤチップ
16ａ外部電極
16ｂ外部電極
18  ボンディングワイヤ
20  蛍光体
22  不織布
24  繊維
28  枠部材
30  蓋部材
40  不織布シート
42  穴
43  切断部
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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