JP5013713B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，青色発光ダイオードチップを使用して白色光を発光するように構成した発光装置と，その製造方法とに関するものである。

最近，例えば，ＧａＮ系等にて青色を発光する発光ダイオードチップが開発され，この青色発光ダイオードチップは，高い光度を呈することが知られている。

また，最近においては，前記青色発光ダイオードチップを使用して白色発光するように構成した発光装置が提案されている。

先行技術としての特許文献１及び特許文献２は，前記青色発光ダイオードチップから発射される青色光を，先ず，光透過性合成樹脂に前記青色光により励起されて赤色光を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を透過し，次いで，光透過性合成樹脂に前記青色光により励起されて緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を透過することにより，前記青色光，前記赤色光及び前記緑色光の合成光から成る白色光を得るようにした発光装置を提案している。

この場合，前記特許文献１においては，青色発光ダイオードチップの表面に前記赤色光変換層を密着して形成し，この赤色光変換層における外側面に，前記緑色光変換層を密着して形成するという構成にしており，前記特許文献２は，前記青色発光ダイオードチップに対して内側に位置する前記赤色光変換層の外側面に，前記緑色光変換層を密着して形成するという構成にしている。
特表２００２−５１０８６６号公報 特開２００５−２２８９９６号公報

前記青色光，赤色光及び緑色光における波長は，青色光の波長が約４５０ｎｍ前後というように最も短く，次いで，緑色光の波長が約５３０ｎｍ前後というように長く，次いで，赤色光の波長が約６５０ｎｍ前後というように最も長い。

しかし，前記各特許文献の発光装置においては，そのいずれも，前記したように，前記青色発光ダイオードチップ側の前記赤色光変換層と，外側の前記緑色光変換層とを互いに密接するように構成していることにより，前記赤色光変換層と前記緑色光変換層との境界部において，最も外側の前記緑色光変換層における波長の短い緑色光の一部が，その内側の前記赤色光変換層における波長の長い赤色光に直接に吸収されることになり，換言すると，前記境界部における緑色光変換層から赤色光変換層への緑色光の吸収率が高いから，その分だけ前記緑色光変換層における緑色光が弱くなる。

従って，前記各特許文献の構成においては，より白色光に近づけることのために，前記緑色光変換層における緑色蛍光体の混入量を多くしなければならないばかりか，全体としての白色発光の光度が低下するという問題があった。

本発明は，この問題を解消した発光装置と，その製造方法とを提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の発光装置は，請求項１に記載したように，
「下面が一方の電極にダイボンディングされ上面に他方の電極がワイヤボンディングされた青色発光ダイオードチップの周囲における光発射面から発射される青色光を，光透過性合成樹脂に前記青色光によって赤色を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を透過し，次いで，光透過性合成樹脂に前記青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を透過するように構成した発光装置において，
前記青色発光ダイオードチップを被覆する赤色光変換層は，前記青色発光ダイオードチップを電極にダイボンディングする前に，当該青色発光ダイオードチップのうち下面及び上面を除き周囲の光発射面を被覆するように設ける構成であり，前記赤色光変換層と前記緑色光変換層との間の境界に，前記赤色蛍光体及び緑色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層を備えている。」
ことを特徴としている。

一方，本発明の製造方法は，請求項４に記載したように，
「下面を一方の電極にダイボンディングされ上面に他方の電極がワイヤボンディングされる青色発光ダイオードチップの周囲における光発射面に，光透過性合成樹脂に青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって赤色光を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を，当該青色発光ダイオードチップのうちその下面及び上面を除き当該光発射面を被覆するように形成する工程と，
光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を，前記赤色光変換層を形成した後に，その外側に形成する工程を備え，
前記赤色光変換層を設ける工程が，前記青色発光ダイオードチップをダイボンディングする前であり，
前記緑色光変換層を形成する工程が，予め緑色蛍光体の粉末を混入した光透過性合成樹脂を液体の状態で層状に塗布する工程と，この液体状の光透過性合成樹脂を，当該液体状の光透過性合成樹脂を前記赤色光変換層よりも下側にした姿勢に保持し，この姿勢のままで硬化処理する工程とから成る。」
ことを特徴としている。

また，本発明の製造方法は，請求項５に記載したように，
「下面を一方の電極にダイボンディングされ上面に他方の電極がワイヤボンディングされる青色発光ダイオードチップの周囲における光発射面に，光透過性合成樹脂に青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって赤色光を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を，当該青色発光ダイオードチップのうちその下面及び上面を除き当該光発射面を被覆するように形成する工程と，
光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を，前記赤色光変換層を形成した後に，その外側に形成する工程を備え，
前記赤色光変換層を形成する工程が，前記青色発光ダイオードチップをダイボンディングする前であり，
更に，前記緑色光変換層を形成する工程の前に，予め赤色蛍光体の粉末を混入した光透過性合成樹脂を液体の状態で層状に塗布する工程と，この液体状の光透過性合成樹脂を，当該液体状の光透過性合成樹脂を前記青色発光ダイオードチップよりも上側にした姿勢に保持し，この姿勢のままで硬化処理することで第２の赤色光変換層を形成する工程を備えている。」
ことを特徴としている。

このように，青色発光ダイオードチップに対して内側に位置する赤色光変換層と，その外側に位置する緑色光変換層との間の境界に，赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層を設けることにより，前記緑色光変換層と，前記赤色光変換層とが，前記光透過層の分だけ離れることになるから，最も外側の前記緑色光変換層における波長の短い緑色光が，その内側の前記赤色光変換層における赤色光に吸収されることを，その間に存在する前記光透過層にて確実に減少することができ，換言すると，前記緑色光変換層から前記赤色光変換層への緑色光の吸収率を確実に低減できる。

これにより，前記緑色光変換層における緑色光を向上できるから，白色発光にすることに要する緑色蛍光体の混入量を少なくできるとともに，全体しての白色発光の光度を向上できる。

この場合において，前記赤色蛍光体及び緑色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層は，請求項２に記載したように，空間にするか，或いは，請求項３に記載したように，光透過性合成樹脂にすることによって容易に実現できる。

一方，請求項４に記載した製造方法によると，液体状の光透過性合成樹脂に混入した緑色蛍光体の粉末が，前記光透過性合成樹脂が硬化するまでの間に，当該光透過性合成樹脂中を沈殿することにより，当該光透過性合成樹脂のうち赤色光変換層に隣接する部分に，前記緑色蛍光体及び赤色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を殆ど含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層を形成することができるから，請求項３に記載した構成の発光装置を，低コストで製造できる。

また，請求項５に記載した製造方法によると，液体状の光透過性合成樹脂に混入した赤色蛍光体の粉末が，前記光透過性合成樹脂が硬化するまでの間に，当該光透過性合成樹脂中を沈殿することにより，当該光透過性合成樹脂のうち緑色光変換層に隣接する部分に，前記緑色蛍光体及び赤色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を殆ど含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層を形成することができるから，前記請求項４と同様に，前記請求項３に記載した構成の発光装置を，低コストで製造できる。

以下，本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１及び図２は，第１の実施の形態による発光装置を示す。

この発光装置は，絶縁体１における先端面に凹所２を設け，この凹所２の内面に，一方の電極３と，他方の電極４とを形成して，一方の電極３に，ＧａＮ系等にて青色を発光する青色発光ダイオードチップ５を，その下面においてダイボンディングし，この青色発光ダイオードチップ５の上面と前記他方の電極４との間を，細い金属線６によるワイヤボンディングにて電気的に接続している。

そして，前記青色発光ダイオードチップ５の周囲における光発射面を，赤色光変換層７にて被覆する一方，前記凹所２における開口部を，前記赤色光変換層７との間に赤色蛍光体の粉末及び緑色蛍光体の粉末が一切存在しない空間８をあけて緑色光変換層９にて塞ぐように構成している。

前記赤色光変換層７は，透明等のように光透過性を有する合成樹脂，つまり，光透過性合成樹脂に，前記青色発光ダイオードチップ５から発射される青色光によって赤色光を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る構成であり，また，前記緑色光変換層９は，前記光透過性合成樹脂に，前記青色発光ダイオードチップ５から発射される青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る構成である。

前記青色発光ダイオードチップ５は，その周囲における光発射面を前記赤色光変換層７にて被覆したのち，凹所２の内面における一方の電極３に対してダイボンディングするという構成であるが，この場合，前記赤色光変換層７は，前記青色発光ダイオードチップ５のうちその下面及び上面を除き周囲における光発射面を被覆するという構成である（以下の実施の形態においても同様）。

この構成において，前記青色発光ダイオードチップ５から発射される青色光は，先ず，前記赤色光変換層７を透過するときにおいて赤色光に変換され，次いで，前記緑色光変換層９を透過するときにおいて緑色光に変換されることにより，前記青色光，前記赤色光及び前記緑色光の合成光から成る白色光を得ることができる。

この場合において，青色発光ダイオードチップ５に対して内側に位置する赤色光変換層７と，その外側に位置する緑色光変換層９との間には，空間８による光透過層が存在し，前記緑色光変換層９と，前記赤色光変換層７とが，前記空間８による光透過層の分だけ離れることになるから，最も外側の前記緑色光変換層９における波長の短い緑色光が，その内側の前記赤色光変換層７における赤色光に吸収されることを，その間に存在する前記空間８による光透過層にて確実に減少することができ，換言すると，前記緑色光変換層９から前記赤色光変換層７への緑色光の吸収率を確実に低減できる。

次に，図３は，第２の実施の形態による発光装置を示す。

この発光装置は，前記絶縁体１における凹所２内に，予め前記赤色光変換層７にて被覆して成る前記青色発光ダイオードチップ５をダイボンディングし，赤色蛍光体の粉末及び緑色蛍光体の粉末を一切含まない光透過性合成樹脂による光透過層８ａを前記青色発光ダイオードチップ５及び前記赤色光変換層７の全体を被覆するように形成し，更に，前記緑色光変換層９を前記光透過層８ａに重ねて形成するという構成にしたものであり，その他の構成は，前記第１の実施の形態と同様である。

この構成においても，前記赤色光変換層７と，緑色光変換層９との間には，赤色蛍光体の粉末及び緑色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を一切含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層８ａが存在し，前記緑色光変換層９と，前記赤色光変換層７とが，前記光透過層８ａの分だけ離れていることにより，最も外側の前記緑色光変換層９における波長の短い緑色光が，その内側の前記赤色光変換層７における赤色光に吸収されることを，その間に存在する前記光透過層８ａにて確実に減少できる。

なお，第２の実施の形態の場合においても，前記青色発光ダイオードチップ５を，それ自体単独でダイボンディングしたのち前記赤色光変換層７にて被覆するという構成にすることができる。

前記光透過層８ａは，光透過性合成樹脂を液体の状態で塗布したのち，液体にする溶剤の乾燥，紫外線の照射又は加熱等の硬化処理を行って硬化することによって構成され，また，前記緑色光変換層９は，予め緑色蛍光体の粉末を混入して成る光透過性合成樹脂９′を液体の状態で塗布したのち，液体にする溶剤の乾燥，紫外線の照射又は加熱等の硬化処理を行って硬化することによって構成される。

次に，図４〜図６は，第３の実施の形態による発光装置の製造方法を示す。

この製造方法は，先ず，図４に示すように，絶縁体１の凹所２内における一方の電極３に，予め下面及び上面を除き周囲の光発射面を赤色光変換層７にて被覆して成る青色発光ダイオードチップ５を，その下面でダイボンディングし，この青色発光ダイオードチップ５と他方の電極４との間を金属線６にてワイヤボンディングする。

次いで，図５に示すように，前記凹所２を上向きにして，この凹所２内に，予め緑色蛍光体の粉末を混入して成る光透過性合成樹脂９′を液体の状態で適宜量だけ注入することによって，この光透過性合成樹脂９′にて前記青色発光ダイオードチップ５及び赤色光変換層７の全体を被覆する。

次いで，図６に示すように，前記凹所２を，前記光透過性合成樹脂９′が前記赤色光変換層７よりも下側に位置するように下向きにした姿勢にして，この姿勢を適宜時間の間だけ保持する。

これにより，前記光透過性合成樹脂９′に混入している緑色蛍光体の粉末は，比重差で沈殿することになる。

この沈殿が完了又は略完了した時点で，前記光透過性合成樹脂９′を，液体にする溶剤の乾燥，紫外線の照射又は加熱等の硬化処理を行って硬化処理することにより，図６に示すように，前記青色発光ダイオードチップ５に対して最も外側に緑色蛍光体の粉末を含む緑色光変換層９ａを形成することができるとともに，前記緑色光変換層９ａと，前記赤色光変換層７との間に，緑色蛍光体及び赤色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層８ｂを形成することができる。

この場合においても，前記青色発光ダイオードチップ５を，それ自体単独でダイボンディングしたのち前記赤色光変換層７にて被覆するという構成にすることができる。

また，図７〜図１０は，第４の実施の形態による発光装置の製造方法を示す。

この製造方法は，先ず，図７に示すように，絶縁体１の凹所２内における一方の電極３に，予め下面及び上面を除き周囲の光発射面を赤色光変換層７（図示せず）にて被覆して成る青色発光ダイオードチップ５をダイボンディングし，この青色発光ダイオードチップ５と他方の電極４との間を金属線６にてワイヤボンディングする。

次いで，図９に示すように，前記凹所２を上向きにして，この凹所２内に，予め赤色蛍光体の粉末を混入して成る光透過性合成樹脂７′を液体の状態で適宜量だけ注入することにより，この光透過性合成樹脂７′にて前記青色発光ダイオードチップ５を被覆し，前記凹所２を上向きにした姿勢を適宜時間の間だけ保持する。

これにより，前記光透過性合成樹脂７′に混入している赤色蛍光体の粉末は，比重差で沈殿する。

この沈殿が完了又は略完了した時点で，前記光透過性合成樹脂７′を，溶剤の乾燥，紫外線の照射又は加熱等の硬化処理を行って硬化することにより，図１０に示すように，前記青色発光ダイオードチップ５に対して最も内側に赤色蛍光体の粉末を含む第２の赤色光変換層７ａを形成することができるとともに，その外側に，緑色蛍光体及び赤色蛍光体のうちいずれか一方又は両方をを含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層８ｃを形成することができる。

次いで，図１０に示すように，前記凹所２内に，予め緑色蛍光体の粉末を混入して成る光透過性合成樹脂９′を液体の状態で適宜量だけ注入することにより，前記光透過性合成樹脂７′全体を被覆したのち，溶剤の乾燥，紫外線の照射又は加熱等の硬化処理を行って硬化することにより，前記青色発光ダイオードチップ５に対して最も外側に，緑色蛍光体の粉末を含む緑色光変換層９ｂを形成することができる。

つまり，これらの製造方法によると，青色発光ダイオードチップ５に対して赤色光変換層７，７ａと，緑色光変換層９ａ，９ｂとを，その間の境界に緑色蛍光体及び赤色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層８ｂ，８ｃを設けた形態にして形成することが，簡単な工程にてできる利点がある。

第１の実施の形態に係る発光装置を示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。 第２の実施の形態に係る発光装置を示す縦断正面図である。 第３の実施の形態に係る発光装置を製造する第１工程を示す図である。 第３の実施の形態に係る発光装置を製造する第２工程を示す図である。 第３の実施の形態に係る発光装置を製造する第３工程を示す図である。 第４の実施の形態に係る発光装置を製造する第１工程を示す図である。 第４の実施の形態に係る発光装置を製造する第２工程を示す図である。 第４の実施の形態に係る発光装置を製造する第３工程を示す図である。 第４の実施の形態に係る発光装置を製造する第４工程を示す図である。

符号の説明

１ 絶縁体
２ 凹所
３，４ 電極膜
５ 青色発光ダイオードチップ
６ 金属線
７ 赤色光変換層
７ａ 第２の赤色光変換層
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 光透過層
９，９ａ，９ｂ 緑色光変換層

Claims (5)

1. 下面が一方の電極にダイボンディングされ上面に他方の電極がワイヤボンディングされた青色発光ダイオードチップの周囲における光発射面から発射される青色光を，光透過性合成樹脂に前記青色光によって赤色を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を透過し，次いで，光透過性合成樹脂に前記青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を透過するように構成した発光装置において，
   前記青色発光ダイオードチップを被覆する赤色光変換層は，前記青色発光ダイオードチップを電極にダイボンディングする前に，当該青色発光ダイオードチップのうち下面及び上面を除き周囲の光発射面を被覆するように設ける構成であり，前記赤色光変換層と前記緑色光変換層との間の境界に，前記赤色蛍光体及び緑色蛍光体のうちいずれか一方又は両方を含有しないか，或いは含有量の少ない光透過層を備えていることを特徴とする発光装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記光透過層が空間であることを特徴とする発光装置。
3. 前記請求項１の記載において，前記光透過層が光透過性合成樹脂であることを特徴とする発光装置。
4. 下面を一方の電極にダイボンディングされ上面に他方の電極がワイヤボンディングされる青色発光ダイオードチップの周囲における光発射面に，光透過性合成樹脂に青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって赤色光を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を，当該青色発光ダイオードチップのうちその下面及び上面を除き当該光発射面を被覆するように形成する工程と，
   光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を，前記赤色光変換層を形成した後に，その外側に形成する工程を備え，
   前記赤色光変換層を設ける工程が，前記青色発光ダイオードチップをダイボンディングする前であり，
   前記緑色光変換層を形成する工程が，予め緑色蛍光体の粉末を混入した光透過性合成樹脂を液体の状態で層状に塗布する工程と，この液体状の光透過性合成樹脂を，当該液体状の光透過性合成樹脂を前記赤色光変換層よりも下側にした姿勢に保持し，この姿勢のままで硬化処理する工程とから成ることを特徴とする発光装置の製造方法。
5. 下面を一方の電極にダイボンディングされ上面に他方の電極がワイヤボンディングされる青色発光ダイオードチップの周囲における光発射面に，光透過性合成樹脂に青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって赤色光を放射する赤色蛍光体の粉末を混入して成る赤色光変換層を，当該青色発光ダイオードチップのうちその下面及び上面を除き当該光発射面を被覆するように形成する工程と，
   光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップから発射される青色光によって緑色光を放射する緑色蛍光体の粉末を混入して成る緑色光変換層を，前記赤色光変換層を形成した後に，その外側に形成する工程を備え，
   前記赤色光変換層を形成する工程が，前記青色発光ダイオードチップをダイボンディングする前であり，
   更に，前記緑色光変換層を形成する工程の前に，予め赤色蛍光体の粉末を混入した光透過性合成樹脂を液体の状態で層状に塗布する工程と，この液体状の光透過性合成樹脂を，当該液体状の光透過性合成樹脂を前記青色発光ダイオードチップよりも上側にした姿勢に保持し，この姿勢のままで硬化処理することで第２の赤色光変換層を形成する工程を備えていることを特徴とする発光装置の製造方法。

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