JP4858867B2 - Ｌｅｄ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの励起光の混色光を出射するようにしたＬＥＤに関するものである。

従来、白色ＬＥＤとして、青色ＬＥＤチップからの光を透明樹脂部で黄色光に変換して、青色ＬＥＤチップからの青色光と混色することにより、外部に白色光を出射するようにした白色ＬＥＤが知られている。

このような白色ＬＥＤは、例えば図３に示すように、構成されている。
即ち、図３において、白色ＬＥＤ１は、チップ基板２と、このチップ基板２上に搭載された青色ＬＥＤチップ３と、青色ＬＥＤチップ３を包囲するようにチップ基板２上に形成された蛍光体４ａを混入した透明樹脂部４と、から構成されている。

上記チップ基板２は、例えば平坦な銅張り配線基板として耐熱性樹脂から構成されており、その表面にチップ実装ランド２ａ，接続ランド２ｂと、これらから両端縁を介して下面に回り込む表面実装用端子部２ｃ，２ｄと、を備えている。 そして、チップ基板２のチップ実装ランド２ａ上に青色ＬＥＤチップ３がダイボンディング等により接合されると共に、青色ＬＥＤチップ３の上面の電極部が隣接する接続ランド２ｂに対してワイヤボンディングにより電気的に接続されるようになっている。
ここで、上記青色ＬＥＤチップ３は、例えばＧａＮチップとして構成されており、駆動電圧が印加されたとき、例えば４５０乃至４７０ｎｍにピーク波長を有する光を発するようになっている。

上記透明樹脂部４は、微粒子状の蛍光体４ａを混入した例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、上記チップ基板２上にモールド成形された後、硬化される。
そして、この透明樹脂部４に、青色ＬＥＤチップ３からの青色光が入射することにより、蛍光体４ａが励起され、蛍光体４ａから励起光として黄色光を発生させると共に、これらの混色による白色光が外部に出射するようになっている。

ここで、蛍光体４ａは、例えばセリウムをドープしたＹＡＧ蛍光体，セリウムをドープしたＴＡＧ蛍光体，あるいはオルトシリケート蛍光体（ＢａＳｒＣａ）ＳｉＯ4 等の黄色を中心に幅広い光を発する蛍光体が使用され、例えば５３０乃至５９０ｎｍにピーク波長を有する蛍光を発するようになっている。

このような構成の白色ＬＥＤ１によれば、表面実装用端子２ｃ，２ｄを介して青色ＬＥＤチップ３に駆動電圧が印加されると、青色ＬＥＤチップ３が発光し、この青色光が透明樹脂部４に混入された蛍光体４ａに入射することにより、蛍光体４ａが励起されて黄色光を発生させる。
そして、この黄色光が、青色ＬＥＤチップ３からの青色光と混色されることにより、白色光として外部に出射されることになる。

しかしながら、このような構成の白色ＬＥＤ１においては、小型化が進むにつれて、青色ＬＥＤチップ３から接続ランド２ｂまでのボンディングワイヤのためのスペースを確保する必要があることから、青色ＬＥＤチップ３をチップ基板２の中央付近に配置することが困難になってきている。

このため、図３に示すように、青色ＬＥＤチップ３から接続ランド２ｂ側に出射する青色光Ｌ１に関して、透明樹脂部４内で進む距離が比較的長くなってしまう。これにより、青色ＬＥＤチップ３からの青色光Ｌ１により励起される蛍光体４ａが多くなることから、青色光Ｌ１の方向にて透明樹脂部４から外部に出射する光が、黄色光を多く含むことにより、黄色味を帯びた白色光になってしまう。

さらに、透明樹脂部４が、例えばエポキシ樹脂に対して微粒子状の蛍光体４ａを混入したものをモールド成形した後、硬化させることにより、構成されているので、図４に示すように、硬化までの間に、蛍光体４ａとエポキシ樹脂との比重の違いにより、蛍光体４ａが重力により下方のチップ基板２上に沈降する傾向がある。
このため、青色ＬＥＤチップ３の側壁から側方に出射した光Ｌ２に関して、透明樹脂部４内に含まれる蛍光体４ａが少なくなってしまう。これにより、青色ＬＥＤチップ３からの青色光Ｌ２により励起される蛍光体４ａが少なくなることから、青色光Ｌ２の方向にて透明樹脂部４から外部に出射する光が、黄色光を少なく含むことにより、黄色味の足りない、即ち青色味を帯びた白色光になってしまう。

このようにして、ＬＥＤチップからの光により蛍光体を励起して、励起光との混色光を外部に出射するようにした型式のＬＥＤにおいては、観察方向によって色が異なることになってしまう。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、ＬＥＤチップがチップ基板の中央に配置されていなくても、全体として均一な色の光を出射するようにしたＬＥＤを提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、一対の電極部材と、一方の電極部材の先端に設けられたチップ実装部上に接合されると共に、もう一方の電極部材に対してワイヤを介して電気的に接続されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップおよびワイヤを包囲するように形成され、側面が露出された波長変換材料を混入した透明樹脂部と、を含んでいるＬＥＤであって、上記ＬＥＤチップが、透明樹脂部内で一側に偏って配置されており、上記透明樹脂部に混入された波長変換材料が、透明樹脂部内にてＬＥＤチップが偏って配置される電極部材側におけるＬＥＤチップ周辺領域でもう一方の電極部材付近よりも高い濃度であることを特徴とする、ＬＥＤにより、達成される。

上記目的は、本発明の第二の構成によれば、一対の電極部材のうち、一方の電極部材の先端に設けられたチップ実装部上にＬＥＤチップを接合すると共に、もう一方の電極部材にワイヤを介して接続することでこのＬＥＤチップを双方の電極部材に対して電気的に接続する第一の段階と、このＬＥＤチップおよびワイヤを包囲するように波長変換材料を混入した透明樹脂部を形成する第二の段階と、を含んでいるＬＥＤの製造方法であって、上記ＬＥＤチップが、透明樹脂部内で実装される電極部材側に偏って配置されており、上記第二の段階にて、透明樹脂部を硬化させる際に、透明樹脂部内でＬＥＤチップが偏って配置される電極部材側の透明樹脂部の側面を下方にもう一方の電極部材側の透明樹脂の側面を上方に位置するように保持することで電極部材側におけるＬＥＤチップ周辺領域における波長変換材料濃度をもう一方の電極部材付近よりも高い濃度とすることを特徴とする、ＬＥＤの製造方法により、達成される。

上記第一の構成によれば、一対の電極部材を介してＬＥＤチップに駆動電圧が印加されることにより、ＬＥＤチップが光を出射する。
そして、ＬＥＤチップから出射した光は、透明樹脂部を介して外部に出射する。その際、ＬＥＤチップから出射した光が透明樹脂部内の波長変換材料に入射することにより、波長変換材料が励起され、励起光を出射することになる。
従って、ＬＥＤチップからの光と波長変換材料からの励起光が互いに混色されることにより、外部に向かって混色光が出射されることになる。

その際、ＬＥＤチップが透明樹脂部内で一側に偏っていることにより、ＬＥＤチップから他側に向かって出射する光は、透明樹脂部内にてより長い距離を透過することになるが、透明樹脂部内のＬＥＤチップ周辺領域から外れた領域では、透明樹脂部内での波長変換材料の濃度が低いことから、ＬＥＤチップから一側に出射する光と、他側に出射する光とでは、透明樹脂部内でぶつかる波長変換材料の数にあまり差がない。

従って、ＬＥＤの透明樹脂部全体から外部に出射する光が、方向によって色ムラを生ずるようなことはなく、全体に均一な色の光が出射されることになる。
この場合、特別の部材等を使用することなく、また生産工程が増大することなく、透明樹脂部内に混入される波長変換材料の濃度分布を調整するのみで、低コストで、本ＬＥＤを作製することができる。

上記一対の電極部材が、互いに並行に延びる二本のリードフレームであって、さらに、ＬＥＤチップ及び透明樹脂部を包囲する透明樹脂から成るレンズ部を備えている場合には、砲弾型のＬＥＤを構成することができる。

上記一対の電極部材が、チップ基板上に形成され、チップ基板裏面まで回り込んで表面実装用端子を画成する導電パターンから構成されている場合には、表面実装型のＬＥＤを構成することができる。

上記透明樹脂部が、チップ基板上に形成された枠状部材のチップ実装部を露出させるように上方に拡った凹陥部内に充填されている場合には、上方に向かって出射光を絞り込むようにした所謂ランプハウスを備えた表面実装型のＬＥＤを構成することができる。

上記透明樹脂部が、形成時に透明樹脂部内でＬＥＤチップ側が下方に位置するようにして、硬化される場合には、硬化前の透明樹脂部内に混入された波長変換材料が、透明樹脂との比重の差に基づいて重力により下方に沈降することにより、下方に位置する透明樹脂部のＬＥＤチップ側に波長変換材料が集まることになる。従って、透明樹脂部が硬化すると、透明樹脂部内のＬＥＤチップの周辺領域に波長変換材料が集まって濃度が高くなる。
従って、従来のＬＥＤの製造工程において、追加の材料や工程を増やすことなく、従来の製造工程そのままで、透明樹脂部の硬化時に、透明樹脂部のＬＥＤチップ側を下方に位置するように配置するだけで、容易に且つ低コストで、本ＬＥＤを作製することが可能である。

また、上記第二の構成によれば、第二の工程において、透明樹脂部を硬化させる際に、透明樹脂部内でＬＥＤチップが下方に位置するように保持することによって、硬化前の透明樹脂部内に混入された波長変換材料が、透明樹脂との比重の差に基づいて重力により下方に沈降することにより、下方に位置する透明樹脂部のＬＥＤチップ側に波長変換材料が集まることになる。従って、透明樹脂部が硬化すると、透明樹脂部内のＬＥＤチップの周辺領域に波長変換材料が集まって濃度が高くなる。

これにより、ＬＥＤチップから他側に向かって出射する光は、透明樹脂部内にてより長い距離を透過することになるが、透明樹脂部内のＬＥＤチップ周辺領域から外れた領域では、透明樹脂部内での波長変換材料の濃度が低いことから、ＬＥＤチップから一側に出射する光と、他側に出射する光とでは、透明樹脂部内にでぶつかる波長変換材料の数にあまり差がない。

従って、ＬＥＤの透明樹脂部全体から外部に出射する光が、方向によって色ムラを生ずるようなことはなく、全体に均一な色の光が出射されることになる。
この場合、特別の部材等を使用することなく、また生産工程が増大することなく、透明樹脂部内でＬＥＤチップが下方に位置するように保持して、透明樹脂部内に混入される波長変換材料の濃度分布を調整するのみで、低コストで、本ＬＥＤを作製することができる。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、ＬＥＤチップがチップ基板の中央に配置されていなくても、全体として均一な色の光を出射するようにしたＬＥＤを構成することができる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図２を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明による白色ＬＥＤの一実施形態の構成を示している。
図１において、白色ＬＥＤ１０は、所謂表面実装型のＬＥＤとして構成されており、チップ基板１１と、このチップ基板１１上に搭載された青色ＬＥＤチップ１２と、青色ＬＥＤチップ１２を包囲するようにチップ基板１１上に形成された蛍光体１３ａを混入した透明樹脂部１３と、から構成されている。

上記チップ基板１１は、例えば平坦な銅張り配線基板として耐熱性樹脂から構成されており、その表面にチップ実装ランド１１ａ，接続ランド１１ｂと、これらから両端縁を介して下面に回り込む表面実装用端子部１１ｃ，１１ｄと、を備えている。
尚、この場合、チップ実装ランド１１ａは、チップ基板１１の表面積が小型化のために小さいことから、チップ基板１１の表面中央付近ではなく、一側（図示の場合、左側）に偏って配置されている。

上記青色ＬＥＤチップ１２は、公知の構成の青色ＬＥＤチップであって、チップ基板１１のチップ実装ランド１１ａ上にダイボンディング等により接合されると共に、その上面の電極部が隣接する接続ランド１１ｂに対してワイヤボンディングにより電気的に接続されるようになっている。
ここで、上記青色ＬＥＤチップ１２は、例えばＧａＮチップとして構成されており、駆動電圧が印加されたとき、例えば４５０乃至４７０ｎｍにピーク波長を有する光を発するようになっている。

上記透明樹脂部１３は、微粒子状の蛍光体１３ａを混入した例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、上記チップ基板１１上にモールド成形された後、硬化される。
そして、この透明樹脂部１３に、青色ＬＥＤチップ１２からの青色光が入射することにより、蛍光体１３ａが励起され、蛍光体１３ａから励起光として黄色光を発生させると共に、これらの混色による白色光が外部に出射するようになっている。

ここで、上記蛍光体１３ａは、例えばセリウムをドープしたＹＡＧ蛍光体，セリウムをドープしたＴＡＧ蛍光体，あるいはオルトシリケート蛍光体（ＢａＳｒＣａ）ＳｉＯ4 等の黄色を中心に幅広い光を発する蛍光体が使用され、例えば５３０乃至５９０ｎｍにピーク波長を有する蛍光を発するようになっている。

以上の構成は、図３に示した従来の表面実装型白色ＬＥＤ１と同じ構成であるが、本発明による白色ＬＥＤ１０においては、上記透明樹脂部１３内にて、蛍光体１３ａが、ＬＥＤチップ１２側に偏って配置されている。即ち、上記蛍光体１３ａは、透明樹脂部１３内にて、ＬＥＤチップ１２の周辺領域で、高い濃度で混入されている。

このような蛍光体１３ａの濃度分布は、透明樹脂部１３の硬化の際に、図２に示すように、透明樹脂部１３のＬＥＤチップ１２側を下方に位置するように、透明樹脂部１３そしてチップ基板１１を配置することにより、容易に得られる。
これにより、硬化前の透明樹脂部１３を構成する透明樹脂中に混入された蛍光体１３ａが、この透明樹脂との比重の差に基づいて、図２にて矢印Ａで示すように重力により下降して、透明樹脂部１３のＬＥＤチップ１２側に沈降することになる。
従って、従来の白色ＬＥＤ１の製造工程をそのまま利用することにより、追加の部材や工程を必要とせずに、透明樹脂部１３の硬化の際に、透明樹脂部１３そしてチップ基板１１を、図２に示すように、向きを変更するだけの簡単な作業で、蛍光体１３ａの所望の濃度分布が得られることになる。

本発明実施形態によるＬＥＤ１０は、以上のように構成されており、表面実装用端子部１１ｃ，１１ｄを介して、青色ＬＥＤチップ１２に駆動電圧が印加されると、青色ＬＥＤチップ１２が発光して、青色光が出射する。
そして、青色ＬＥＤチップ１２から出射する青色光の一部が、透明樹脂部１３に混入された蛍光体１３ａに入射することにより、蛍光体１３ａが励起されて、黄色光を発生させる。
この黄色光が、青色ＬＥＤチップ１２からの青色光と互いに混色されることにより、白色光となって、透明樹脂部１３を通って、外部に出射することになる。

この場合、上記透明樹脂部１３内にて、蛍光体１３ａがＬＥＤチップ１２の周辺領域で、高い濃度で混入されていることにより、ＬＥＤチップ１２の周辺領域から外れた領域では、蛍光体１３ａの濃度が低くなっている。
従って、図１において、ＬＥＤチップ１２から他側に向かって出射する光Ｌは、透明樹脂部１３内にてより長い距離を透過することになるが、ＬＥＤチップ１２から遠い領域では蛍光体１３ａの濃度が低いことから、ＬＥＤチップ１２から一側に向かって出射する光Ｌ’に対して、透明樹脂部１３内でぶつかる蛍光体１３ａの数にあまり差がない。これにより、ＬＥＤチップ１２からの光によって励起される蛍光体１３ａの数が殆ど同じであることから、励起により発生する黄色光も殆ど同じである。
かくして、ＬＥＤ１０の透明樹脂部１３全体から種々の方向にて外部に出射する光が、方向によって色ムラを生ずるようなことがなく、全体として均一な白色光が出射されることになる。

このようにして、本発明実施形態による表面実装型白色ＬＥＤ１０によれば、ＬＥＤチップ１２から他側に向かって出射する青色光が、透明樹脂部１３内にてより長い距離を透過しても、蛍光体１３ａの濃度が低いことから、他の方向への光と比較して、ぶつかる蛍光体１３ａの数が殆ど同じである。従って、ＬＥＤチップ１２から種々の方向に出射する光と、蛍光体１３ａによる黄色光とが互いに混色されることにより、種々の方向に関して色ムラを生ずることなく、全体として均一な白色光が出射され得ることになる。

その際、従来の白色ＬＥＤの製造工程をそのまま利用して、追加の部材や工程を必要とすることなく、単に透明樹脂部１３の硬化時に、透明樹脂部１３そしてチップ基板１１を、所定の方向に向けて保持するだけで、追加設備コストなしに、低コストで、容易に本ＬＥＤ１０を製造することができる。

上述した実施形態においては、青色ＬＥＤチップ１２の周囲には所謂ランプハウスが設けられていないが、ランプハウスを備えたＬＥＤに対しても本発明も適用し得ることは明らかである。
また、上述した実施形態においては、青色ＬＥＤチップ１２はチップ実装基板に実装されているが、これに限らず、例えば二本のリードフレームの一方の先端に実装された所謂砲弾型ＬＥＤに対しても本発明を適用し得ることは明らかである。

さらに、上述した実施形態においては、青色ＬＥＤチップ１２からの青色光を、蛍光体１３ａにより黄色光に変換して、青色光と黄色光の混色によって白色光を得るようにしているが、これに限らず、ＬＥＤチップからの光を蛍光体により他の色の光に変換して、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの励起光との混色光を外部に出射するようなタイプのＬＥＤについても本発明を適用し得ることは明らかである。

さらにまた、上述した実施形態においては、ＬＥＤチップからの光の波長を変換するために蛍光体を使用しているが、これに限らず、他の波長変換材料を使用することも可能である。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、ＬＥＤチップがチップ基板の中央に配置されていなくても、全体として均一な色の光を出射するようにした、極めて優れたＬＥＤが提供され得る。

本発明によるＬＥＤの一実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１のＬＥＤの製造工程にて透明樹脂部の硬化工程を示す概略断面図である。 従来の表面実装型白色ＬＥＤの一例の構成を示す概略断面図である。 図４の表面実装型白色ＬＥＤにおける透明樹脂部での蛍光体の沈降状態を示す概略断面図である。

符号の説明

５ ワイヤ
１０ 白色ＬＥＤ
１１ チップ基板
１１ａ チップ実装ランド
１１ｂ 接続ランド
１１ｃ，１１ｄ 表面実装用端子部
１２ 青色ＬＥＤチップ
１３ 透明樹脂部
１３ａ 蛍光体

Claims (2)

1. 一対の電極部材と、
   一方の電極部材の先端に設けられたチップ実装部上に接合されると共に、もう一方の電極部材に対してワイヤを介して電気的に接続されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップおよびワイヤを包囲するように形成され、側面が露出された波長変換材料を混入した透明樹脂部と、を含んでいるＬＥＤであって、
   上記ＬＥＤチップが、透明樹脂部内で一側に偏って配置されており、
   上記透明樹脂部に混入された波長変換材料が、透明樹脂部内にてＬＥＤチップが偏って配置される電極部材側におけるＬＥＤチップ周辺領域でもう一方の電極部材付近よりも高い濃度であることを特徴とする、ＬＥＤ。
2. 一対の電極部材のうち、一方の電極部材の先端に設けられたチップ実装部上にＬＥＤチップを接合すると共に、もう一方の電極部材にワイヤを介して接続することでこのＬＥＤチップを双方の電極部材に対して電気的に接続する第
   一の段階と、
   このＬＥＤチップおよびワイヤを包囲するように波長変換材料を混入した透明樹脂部を形成する第二の段階と、を含んでいるＬＥＤの製造方法であって、 上記ＬＥＤチップが、透明樹脂部内で実装される電極部材側に偏って配置されており、
   上記第二の段階にて、透明樹脂部を硬化させる際に、透明樹脂部内でＬＥＤチップが偏って配置される電極部材側の透明樹脂部の側面を下方にもう一方の電極部材側の透明樹脂の側面を上方に位置するように保持することで電極部材側におけるＬＥＤチップ周辺領域における波長変換材料濃度をもう一方の電極部材付近よりも高い濃度とすることを特徴とする、ＬＥＤの製造方法。

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