JP2006135114A - Ｌｅｄ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、簡単な構成により、周囲温度変化により光度，色度，順方向電流等の特性が安定した赤色，黄色，橙色の発光色を有するＬＥＤを提供することを目的とする。
【解決手段】 一対の電極部材１１，１２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、双方の電極部材に対して電気的に接続されたＬＥＤチップ１３と、このＬＥＤチップを包囲するように形成された波長変換材料を混入した透明樹脂部１４と、を含んでいるＬＥＤ１０であって、上記ＬＥＤチップが、ＩｎＧａＮ組成のＬＥＤチップであり、上記透明樹脂部に混入された波長変換材料１４ａが、上記ＬＥＤチップからの光を赤色光，黄色光または橙色光に変換する窒化物または酸窒化物の蛍光体であるように、ＬＥＤ１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度変化によって特性が変化しないようにしたＬＥＤに関するものである。

従来、砲弾型の赤色ＬＥＤは、例えば図７に示すように構成されている。
即ち、図７において、赤色ＬＥＤ１は、一対のリードフレーム２，３と、一方のリードフレーム２の上端面に形成されたチップ実装部２ａ上に実装された赤色ＬＥＤチップ４と、上記リードフレーム２，３の上端そして赤色ＬＥＤチップ４を包囲するようにモールド樹脂により形成されたレンズ部５と、から構成されている。

上記リードフレーム２，３は、それぞれその先端にチップ実装部２ａ及びボンディング部２ｂ，３ａを備えるように、アルミニウム等の導電性材料から形成されていると共に、他端が、下方に延びて端子部２ｃ，３ｂを構成している。

上記赤色ＬＥＤチップ４は、上記リードフレーム２のチップ実装部２ａ上に接合されると共に、その上面に設けられた二つの電極が、それぞれリードフレーム２，３の先端のボンディング部２ｂ，３ａに対してボンディングワイヤ４ａ，４ｂ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４は、例えばＡｌＧａＩｎＰチップとして構成されており、上記リードフレーム２，３を介して駆動電圧が印加されたとき、赤色光を発するようになっている。

上記レンズ部５は、例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、赤色ＬＥＤチップ４を中心に、二本のリードフレーム２，３の上端付近全体を包囲するように形成されている。

このような構成の赤色ＬＥＤ１によれば、一対のリードフレーム２，３を介して赤色ＬＥＤチップ４に駆動電圧が印加されると、赤色ＬＥＤチップ４が発光し、この光がレンズ部５を介して外部に出射されることになる。

また、表面実装型の赤色ＬＥＤ６は、例えば図８に示すように、構成されている。
図８において、赤色ＬＥＤ６は、チップ基板７と、チップ基板７上に搭載された赤色ＬＥＤチップ４と、赤色ＬＥＤチップ４を包囲するようにチップ基板７上に形成された枠状部材８と、枠状部材８の凹陥部８ａ内に充填されたモールド樹脂９と、から構成されている。

上記チップ基板７は、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７ａ，電極ランド７ｂ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７ｃ，７ｄと、を備えている。
そして、チップ基板７のチップ実装ランド７ａ上に、赤色ＬＥＤチップ４が接合されると共に、チップ実装ランド７ａ及び隣接する電極ランド７ｂに対してそれぞれ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。

上記枠状部材８は、同様に耐熱性樹脂によりチップ基板７上に形成されると共に、赤色ＬＥＤチップ４の周りを包囲するように逆円錐台状の凹陥部８ａを備えている。尚、この凹陥部８ａの内面は、好ましくは反射面として構成されている。

このような構成の赤色ＬＥＤ６によれば、表面実装用端子７ｃ，７ｄを介して赤色ＬＥＤチップ４に駆動電圧が印加されると、赤色ＬＥＤチップ４が発光し、この光が直接にまたは凹陥部８ａの内面で反射されて上方から外部に出射されることになる。

しかしながら、このような構成の赤色ＬＥＤ１，６においては、以下のような問題がある。
即ち、一般に、ＡｌＧａＩｎＰチップから成るＬＥＤは、周囲温度変化によって光度，色度，順方向電流等の特性が変化することが知られている。
具体的には、図９に示すように、ＡｌＧａＩｎＰチップから成るＬＥＤに関して、−４０℃から８５℃まで周囲温度が変化した場合、赤色ＬＥＤでは、ドミナント波長が４ｎｍ，相対光度が１．１５，順電圧変化率が１３．８％（２．１７Ｖから１．８７Ｖまで変化）となる。
また、ＡｌＧａＩｎＰチップから成る黄色ＬＥＤや橙色ＬＥＤも同様に特性が変化する。
これは、ＡｌＧａＩｎＰチップのエネルギーバンドのバンドギャップが比較的小さいためであると考えられる。

従って、上述した赤色ＬＥＤ１，６においては、周囲温度変化によって、赤色光の光度，色度，順方向電流等の特性が変化してしまう。
このため、上記赤色ＬＥＤ１，６が、一定の光度が必要とされたり、色度が重要視される用途に使用されるような場合、所定の光度や色度を満たすことができなくなることがある。

これに対して、ＩｎＧａＮチップから成る青色ＬＥＤ，青緑色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤの場合には、図９に示すように、周囲温度変化による特性の変化が比較的少ないことが知られている。
しかしながら、ＩｎＧａＮチップによって、赤色ＬＥＤ，黄色ＬＥＤ，橙色ＬＥＤを構成することはできなかった。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、周囲温度変化により光度，色度，順方向電流等の特性が安定した赤色，黄色，橙色の発光色を有するＬＥＤを提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、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、双方の電極部材に対して電気的に接続されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを包囲するように形成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、ＩｎＧａＮ組成のＬＥＤチップであり、上記透明樹脂部に混入された波長変換材料が、上記ＬＥＤチップからの光を赤色光，黄色光または橙色光に変換する窒化物または酸窒化物の蛍光体であることを特徴とする、ＬＥＤにより、達成される。

本発明によるＬＥＤは、好ましくは、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、上記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。

本発明によるＬＥＤは、好ましくは、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おり、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。

本発明によるＬＥＤは、好ましくは、上記ＬＥＤチップが、青色ＬＥＤチップであり、上記波長変換材料が、青色ＬＥＤチップからの光により、赤色光，黄色光または橙色光を発生させる。

上記構成によれば、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、赤色光，黄色光または橙色光を出射することになる。

この場合、ＬＥＤチップがＩｎＧａＮ組成であることから、周囲温度変化によって、ＬＥＤチップの出射光に関して、光度，色度，順方向電流等の特性は比較的変化が小さいので、安定した発光色となる。従って、ＬＥＤチップからの光により励起されて波長変換材料から出射する光も、安定した特性の光となり、光度，色度，順方向電流等の特性が温度変化によりあまり変化しない。
このようにして、本発明によれば、従来のＡｌＧａＩｎＰ組成のＬＥＤチップを使用した場合と比較して、ＩｎＧａＮ組成のＬＥＤチップを使用することによって、周囲温度変化に対して比較的安定した特性の赤色光，黄色光または橙色光が得られることになる。

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、上記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おり、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、表面実装型のＬＥＤを構成することができる。

上記ＬＥＤチップが、青色ＬＥＤチップであり、上記波長変換材料が、青色ＬＥＤチップからの青色光により、赤色光，黄色光または橙色光を発生させる場合には、ＩｎＧａＮ組成の青色ＬＥＤチップを使用して、青色光により波長変換材料を励起して、赤色光，黄色光または橙色光を発生させることによって、周囲温度変化に対して比較的安定した特性のＬＥＤが得られることになる。

このようにして、本発明によれば、ＩｎＧａＮ組成のＬＥＤチップを使用して、このＬＥＤチップからの光により波長変換材料を励起して、所望の発光色の励起光を発生させることにより、周囲温度変化により光度，色度，順方向電流等の特性が変化しないようにした赤色，黄色，橙色の発光色を有するＬＥＤが得られることになる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図６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ＬＥＤの第一の実施形態の構成を示している。
図１において、ＬＥＤ１０は、所謂砲弾型のＬＥＤとして構成されており、一対のリードフレーム１１，１２と、一方のリードフレーム１１の上端面に形成されたチップ実装部１１ａ上に実装された青色ＬＥＤチップ１３と、上記リードフレーム１１のチップ実装部１１ａ上にて上記青色ＬＥＤチップ１３を包囲するように形成された蛍光体１４ａを混入した透明樹脂部１４と、上記リードフレーム１１，１２の上端そして青色ＬＥＤチップ１３及び透明樹脂部１４を包囲するようにモールド樹脂により形成されたレンズ部１５と、から構成されている。

上記リードフレーム１１，１２は、それぞれその上端にチップ実装部１１ａ及びボンディング部１１ｂ，１２ａを備えるように、アルミニウム等の導電性材料から形成されていると共に、他端が、下方に延びて端子部１１ｃ，１２ｂを構成している。

上記青色ＬＥＤチップ１３は、上記リードフレーム１１のチップ実装部１１ａ上に接合されると共に、その上面に設けられた二つの電極が、それぞれリードフレーム１１，１２の先端のボンディング部１１ｂ，１２ａ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１３は、例えばＩｎＧａＮチップとして構成されており、上記リードフレーム１１，１２を介して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１４は、微粒子状の蛍光体１４ａを混入した例えばエポキシ樹脂等の透明樹脂から構成されており、上記リードフレーム１１のチップ実装部１１ａ上に形成され、硬化されている。
そして、この透明樹脂部１４に、青色ＬＥＤチップ１３からの青色光が入射することにより、蛍光体１４ａが励起され、蛍光体１４ａから赤色光を発生させるようになっている。

上記蛍光体１４ａは、窒化物または酸窒化物から成る蛍光体が使用され、上述した青色ＬＥＤチップ１３からの青色光によって励起されて、赤色の励起光を発生させるようになっている。
ここで、このような窒化物または酸窒化物から成る蛍光体１４ａは、例えば２５℃における励起光の発光強度を１００％としたとき、１７０℃では８５乃至９０％の発光強度が得られ、良好な温度特性を有する。

上記レンズ部１５は、例えば透明エポキシ樹脂等から構成されており、青色ＬＥＤチップ１３及び透明樹脂部１４を中心に、二本のリードフレーム１１，１２の上端付近全体を包囲するように形成されている。

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、一対のリードフレーム１１，１２を介して青色ＬＥＤチップ１３に駆動電圧が印加されると、青色ＬＥＤチップ１３が発光して、青色光が出射する。
そして、青色ＬＥＤチップ１３から出射する青色光が、透明樹脂部１４に混入された蛍光体１４ａに入射することにより、蛍光体１４ａが励起されて、赤色光を発生させる。
この赤色光が、透明樹脂部１４を通って、レンズ部１５に入射し、さらにこのレンズ部１５から外部に出射することになる。

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、青色ＬＥＤチップ１３から出射する青色光を蛍光体層１４ａにより赤色光に変換して、外部に出射させることにより、赤色ＬＥＤとして作用することになる。
その際、青色ＬＥＤチップ１３が、ＩｎＧａＮチップとして構成されていることにより、周囲温度変化に対して、光度，色度，順方向電流等の特性の変化が比較的少なく、温度特性の良好なＬＥＤ１０が得ることができる。

図２は、本実施形態によるＬＥＤ１０の周囲温度−順電圧特性を示している。 図２において、ＬＥＤ１０の場合、実線で示すように、順電圧は−４０℃にて約４．２５Ｖで、８５℃にて約３．９７Ｖ程度と、その変化率は図５に示すように、約６．７％であり、比較的温度変化による電圧低下が少ない。
これに対して、従来のＡｌＩｎＧａＰチップの赤色ＬＥＤの場合、鎖線で示すように、順電圧は−４０℃にて約２．７５Ｖで、８５℃にて約１．８５Ｖと、その変化率は同様に図５に示すように約３２．９％であり、温度変化により大きく低下していることが分かる。

また、図３は、本実施形態によるＬＥＤ１０の周囲温度−相対光度特性を示している。
図３において、ＬＥＤ１０（実線図示）の場合、その相対光度の変化は図５に示すように、０．４４であり、従来のＡｌＩｎＧａＰチップの赤色ＬＥＤ（鎖線図示）の場合の相対光度の変化０．８１と比較して、変化が少ないことが分かる。

さらに、図４は、本実施形態によるＬＥＤ１０の周囲温度−ドミナント波長特性を示している。
図４において、ＬＥＤ１０の場合、実線で示すように、ドミナント波長は−４０℃にて約６１６ｎｍで、８５℃にて約６１３ｎｍ程度と、その波長変化は約３．２ｎｍであり、比較的温度変化による変化が少ない。
これに対して、従来のＡｌＩｎＧａＰチップの赤色ＬＥＤの場合、鎖線で示すように、ドミナント波長は−４０℃にて約６１５ｎｍで、８５℃にて約６２３ｎｍと、その波長変化は約５．６ｎｍであり、温度変化により大きく変化していることが分かる。
なお、このＬＥＤ１０で用いる蛍光体１４ａとして、２５℃における励起光の発光強度を１００％としたとき、１７０℃のときに４０乃至６０％の発光強度のもの、例えば酸化物または硫化物を用いた場合には、鎖線で示す特性に近似するものであり温度変化により大きく変化していた。

図６は、本発明によるＬＥＤの第二の実施形態の構成を示している。
図６において、ＬＥＤ２０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２１と、チップ基板２１上に搭載された青色ＬＥＤチップ２２と、青色ＬＥＤチップ２２を包囲するようにチップ基板２１上に形成された枠状部材２３と、枠状部材２３の凹陥部２３ａ内に充填された透明樹脂部２４と、から構成されている。

尚、上記青色ＬＥＤチップ２２及び透明樹脂部２４は、図１に示したＬＥＤ１０における青色ＬＥＤチップ１３及び透明樹脂部１４と同じ構成であるので、その説明を省略する。

上記チップ基板２１は、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２１ａ，電極ランド２１ｂ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２１ｃ，２１ｄと、を備えている。
そして、チップ基板２１のチップ実装ランド２１ａ上に青色ＬＥＤチップ２２が接合されると共に、青色ＬＥＤチップ２２は、その表面がチップ実装ランド２１ａ及び隣接する電極ランド２１ｂに対してそれぞれ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。

上記枠状部材２３は、同様に耐熱性樹脂によりチップ基板２１上に形成されると共に、青色ＬＥＤチップ２２の周りを包囲するように逆円錐台状の凹陥部２３ａを備えている。尚、この凹陥部２３ａの内面は、好ましくは反射面として構成されている。

このような構成のＬＥＤ２０によれば、表面実装用端子２１ｃ，２１ｄを介して青色ＬＥＤチップ２２に駆動電圧が印加されると、青色ＬＥＤチップ２２が発光して、青色光が出射する。
そして、青色ＬＥＤチップ２２から出射する青色光が、透明樹脂部２４に混入された蛍光体２４ａに入射することにより、蛍光体２４ａが励起されて、赤色光を発生させる。
この赤色光が、透明樹脂部２４を通って、一部が直接に、また他の一部が枠状部材２３の凹陥部２３ａの内面で反射されて、外部に出射することになる。

このようにして、上述したＬＥＤ２０によれば、図１に示したＬＥＤ１０と同様に作用して、青色ＬＥＤチップ２２から出射する青色光が、蛍光体層２４ａに入射して、赤色光に変換されて、外部に出射されることにより、赤色ＬＥＤとして作用することになる。
その際、青色ＬＥＤチップ２２が、ＩｎＧａＮチップとして構成されていることにより、周囲温度変化に対して、光度，色度，順方向電流等の特性の変化が比較的少なく、温度特性の良好なＬＥＤ１０が得ることができる。

上述した実施形態においては、青色ＬＥＤチップ１３，２２は、４５０乃至４７０ｎｍにピーク波長を有するように構成されているが、これに限らず、蛍光体１４ａまたは２３ａを励起して赤色光を発生させるような波長であればよい。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、周囲温度変化により光度，色度，順方向電流等の特性が安定した赤色，黄色，橙色の発光色を有するＬＥＤが提供され得る。

本発明によるＬＥＤの第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。 図１のＬＥＤによる周囲温度−順電圧特性を示すグラフである。 図１のＬＥＤによる周囲温度−相対光度特性を示すグラフである。 図１のＬＥＤによる周囲温度−ドミナント波長特性を示すグラフである。 図２乃至図４における各特性の変動幅を示す図である。 本発明によるＬＥＤの第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。 従来の砲弾型白色ＬＥＤの一例の構成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。 従来のＡｌＩｎＧａＰチップ及びＩｎＧａＮチップによるＬＥＤの各特性の変動幅を示す図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤ（砲弾型ＬＥＤ）
１１，１２ リードフレーム（電極部材）
１１ａ チップ実装部
１１ｂ，１２ａ ボンディング部
１１ｃ，１２ｂ 端子部
１３ 青色ＬＥＤチップ
１４ 透明樹脂部
１４ａ 蛍光体
１５ レンズ部
２０ ＬＥＤ（表面実装型ＬＥＤ）
２１ チップ基板
２１ａ チップ実装ランド（電極部材）
２１ｂ 電極ランド（電極部材）
２１ｃ，２１ｄ 表面実装用端子部
２２ 青色ＬＥＤチップ
２３ 枠状部材
２３ａ 凹陥部
２４ 透明樹脂部
２４ａ 蛍光体

Claims (4)

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、双方の電極部材に対して電気的に接続されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを包囲するように形成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、ＩｎＧａＮ組成のＬＥＤチップであり、
   上記透明樹脂部に混入された波長変換材料が、上記ＬＥＤチップからの光を赤色光，黄色光または橙色光に変換する窒化物または酸窒化物の蛍光体であることを特徴とする、ＬＥＤ。
2. 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、上記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ことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
3. 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おり、
   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ことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ。
4. 上記ＬＥＤチップが、青色ＬＥＤチップであり、
   上記波長変換材料が、青色ＬＥＤチップからの青色光により、赤色光，黄色光または橙色光を発生させることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のＬＥＤ。

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