JP4943005B2 - 薄型発光ダイオードランプとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，例えば，液晶表示装置におけるバックライト光源用のランプ等に使用される薄型の発光ダイオードランプと，その製造方法とに関するものである。

従来，この種の薄型発光ダイオードランプは，例えば，先行技術としての特許文献１及び特許文献２に記載されているように，ランプ本体の先端面に，細長い長方形の開口部を有するように溝型にした凹所を設け，この溝型凹所の略中心部における内底面に，発光ダイオードチップをマウントし，この発光ダイオードチップにおいて発光した光を，前記長方形開口部より細長い偏平を形態にして放射するという構成にしている。

また，別の先行技術としての特許文献３等は，ＧａＮ系等にて青色を発光する青色発光ダイオードチップは，高い光度を呈することから，この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白色発光装置が提案されており，この白色発光装置は，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構成している。

そして，最近においては，前記薄型発光ダイオードランプを，これに前記別の先行技術における白色発光装置を適用して，白色に発光するように構成している。

すなわち，前記薄型発光ダイオードランプにおける青色発光ダイオードチップを，前記溝型の凹所内において，前記赤色光変換層にて被覆し，この赤色光変換層の外側に前記緑色光変換層を形成するという構成にすることにより，白色光を，前記凹所における長方形開口部から細長い扁平な形態にして発射することができる。
特開２００１−３６１４７号公報 特開２００５−３１７８２０号公報 特表２００２−５１０８６６号公報

しかし，前記溝型凹所内における略中心部にマウントした青色発光ダイオードチップから発射される光の経路は，当該青色発光ダイオードチップから前記溝型凹所における長手方向に離れるにつれて次第に長くなっており，換言すると，前記青色発光ダイオードチップからの光のうち前記溝型凹所における長方形開口部のうち両端の部分又はこれに近い部分より発射される光は，長い光の経路を通過することにより，前記青色発光ダイオードチップを，前記特許文献３に記載されているように，赤色光変換層にて同じ膜厚さで被覆するという構成にした場合には，前記青色発光ダイオードチップから前記長方形開口部のうち両端の部分又はこれに近い部分に向かう青色光の前記赤色光変換層による赤色光への変換が不十分になるから，前記長方形開口部における各箇所から発射される光を白色光の色調に不揃いになるという問題があった。

本発明は，この問題を解消した白色発光の薄型発光ダイオードランプと，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請求項１は，
「ランプ本体の先端面に，細長い長方形の開口部を有するように溝型にした凹所を設け，この溝型凹所の実質的中心部における内底面に，青色発光ダイオードチップをマウントし，更に，前記凹所に，光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップにおける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前記青色発光ダイオードチップを被覆するように設けるとともに，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，前記青色光が当該緑色光変換層を透過するように設けて成る薄型発光ダイオードランプにおいて，
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マウントする前に設ける構成であり，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所を横切るように延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さを，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所の長手方向に延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さよりも厚くする。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記青色発光ダイオードチップの上面に電極が形成されており，この電極は，前記赤色光変換層から露出している。」
ことを特徴としている。
更にまた，本発明の請求項３は，
「前記請求項２の記載において，前記赤色光変換層は，前記青色発光ダイオードチップの側面のみを被覆する構成である。」
ことを特徴としている。

次に，本発明の製造方法は，請求項４に記載したように，
「ランプ本体の先端面に設けた溝型凹所内のうち実質的中心部における内底面に，青色発光ダイオードチップをマウントする工程と，
前記溝型凹所内に，光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップにおける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前記青色発光ダイオードチップを被覆するように設ける工程と，
前記溝型凹所内に，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設ける工程とを備えて成る発光ダイオードランプの製造方法において，
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マウントする前であり，且つ，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所を横切るように延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さを，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所の長手方向に延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さよりも厚くする工程であり，更に，前記緑色光変換層を設ける工程が，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注入する工程と，この液体状の光透過性合成樹脂を，前記溝型凹所を下向き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なる。」
ことを特徴としている。

青色発光ダイオードチップを被覆する赤色光変換層における膜厚さを，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所を横切るように延びる左右両側面において厚くしたことにより，前記青色発光ダイオードチップから前記溝型凹所における長方形開口部のうち両端の部分又はこれに近い部分に向かう青色光は，前記赤色光変換層のうち膜厚さが厚い部分を透過することになるから，この青色光の前記赤色光変換層による赤色光への変換が不十分になることを確実に防止できる。

従って，本発明によると，前記溝型凹所における長方形開口部から細長い扁平な形態で発射される白色光を，前記赤色光変換層及び緑色光変態層によって，各所一様な色調に揃えることができる。

そして，請求項４に記載した製造方法によると，前記請求項２に記載した構成の発光ダイオードランプを，簡単な方法で，低コストで製造できる利点がある。

以下，本発明の実施の形態を，図面について説明する。

図１〜図５は，第１の実施の形態による発光ダイオードランプを示す。

これらの図において，符号１は，合成樹脂等の絶縁体製のランプ本体を，符号２は，図示しない液晶表示装置において，そのバックライト光源として裏面に配設される透明な導光板を各々示す。

前記ランプ本体１のうち前記導光板２における側面２ａに対面する先端面１ａには，細長い長方形の開口部を有するように溝型にした凹所３が設けられている一方，前記ランプ本体１には，一対の金属板製のリード端子４，５が前記凹所３における内側面に露出するように埋設されている。

前記各図において，符号６は，青色発光ダイオードチップを示し，この青色発光ダイオードチップ６は，一辺がＡの正方形であり，例えば，ｎ型ＳｉＣ結晶基板等の透明な厚さの厚いｎ型半導体層６ａの下面に，ｐ型半導体層６ｂをその間に青色発光の発光層６ｃを挟んで形成し，前記ｎ型半導体層６ａの上面にｎ電極６ｄを，前記ｐ型半導体層６ｂの下面にｐ電極６ｅを各々形成したものに構成されている。

前記青色発光ダイオードチップ６は，図３〜図５に示すように，その上面におけるｎ電極６ｄ及び下面におけるｐ電極６ｅを除く部分，つまり，その側面が，光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップ６における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７にて被覆されている。

前記したように赤色光変換層７にて被覆して成る構成の青色発光ダイオードチップ６を，前記ランプ本体１の溝型凹所３における内底面３ａのうち溝型凹所３の中心部又はその近傍を含む実質的中心部の部分に配設し，前記ランプ本体１における先端面１ａと直角の方向が見て，その四つの側面のうち互いに平行な二つの側面６′が前記溝型凹所３の長手方向と平行又は実質的に平行に延び，残りの互いに平行な二つの側面６″が前記溝型凹所３の長手方向と直角又は実質的に直角（横切る方向）に延びる姿勢にして，この姿勢の状態で，下面におけるｐ電極６ｅを前記一対のリード端子４，５のうち一方のリード端子４に電気的に接続するように接合（ダイボンディング）し，更に，その上面におけるｎ電極６ｄと他方のリード端子５との間を，細い金属線８によるワイヤボンディングにて電気的に接続する。

次いで，前記ランプ本体１における溝型凹所３内に，透明な合成樹脂等による光透過層９を形成したのち，この光透過層９の表面に重ねて，光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップ６における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１０を，前記溝型凹所３における長方形開口部の全体を塞ぐように形成する。

前記光透過層９は，前記赤色蛍光体及び前記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構成であり，この光透過層９を，透明な合成樹脂に代えて空間に構成することができる。

そして，前記赤色光変換層７における膜厚さを，前記青色発光ダイオードチップ６における各側面のうち前記溝型凹所３の長手方向と平行又は実質的に平行な二つの側面６′の部分においては，寸法Ｓ１にするというように薄くする一方，前記溝型凹所３の長手方向と直角又は実質的に直角な二つの側面６″の部分においては，寸法Ｓ２にするというように厚くしている。

この構成において，溝型凹所３内における実質的に中心に位置する青色発光ダイオードチップ６から発射された青色光は，先ず赤色光変換層７を透過するとき赤色光に変換され，次いで緑色光変換層１０を透過するとき緑色光に変換されるから，前記溝型凹所３における長方形開口部からは，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が，バックライト光源としての導光板２に向かって放射される。

この場合において，前記青色発光ダイオードチップ６から前記溝型凹所３における長方形開口部のうち両端の部分又はこれに近い部分に向かう青色光は，前記赤色光変換層７のうち膜厚さがＳ２と厚い部分を透過することにより，この青色光の前記赤色光変換層７による赤色光への変換が不十分になることを確実に防止できるから，前記溝型凹所３における長方形開口部から細長い扁平な形態で発射される白色光を，各所一様な色調に揃えることができる。

ところで，青色発光ダイオードチップ６に対して，その青色光が透過する前記赤色光変換層７と前記緑色光変換層１０とをこの順序に設ける場合，前記赤色光変換層７と前記緑色光変換層１０とを互いに密接しているときには，前記緑色光変換層１０における波長の短い緑色光の一部が，前記赤色光変換層７における波長の長い赤色光に直接に吸収されることにより，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から，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いばかりか，全体としての白色発光の光度が低下することになる。

これに対して，前記したように，前記赤色光変換層７と前記緑色光変換層１０との間に，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９を設けるという構成にした場合には，前記緑色光変換層１０と，前記赤色光変換層７とが，前記光透過層９の分だけ離れることになり，前記緑色光変換層１０における波長の短い緑色光が，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９にて確実に減少することができて，前記緑色光変換層１０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。

次に，図８〜図１０は，第２の実施の形態による発光ダイオードランプの製造方法を示す。

この製造方法は，先ず，図８に示すように，ランプ本体１における溝型凹所３内に，予め赤色光変換層７にて被覆して成る青色発光ダイオードチップ６を，一方のリード端子４にダイボンディングするように設け，この青色発光ダイオードチップ６と他方のリード端子５との間を金属線８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３を上向きにして，この凹所３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１０′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１０′にて前記青色発光ダイオードチップ６及び赤色光変換層７の全体を被覆する。

次いで，図１０に示すように，前記凹所３を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１０′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１０′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１０に示すように，前記青色発光ダイオードチップ６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１０ａを形成することができるとともに，前記緑色光変換層１０ａ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９ａを形成することができる。

なお，前記各実施の形態は，青色発光ダイオードチップ６を，前記赤色光変換層７にて被覆した状態で溝型凹所３内にマウントする場合であったが，本発明は，これに限らず，青色発光ダイオードチップ６を溝型凹所３内にマウントしたのち，これを赤色光変換層７にて被覆するという構成にしても良いことはいうまでもなく，また，前記一対のリード端子４，５に代えて，電極膜に構成することができる。

第１の実施の形態に係る発光ダイオードランプを示す斜視図である。 図１のII−II視断面図である。 図２のIII −III 視断面図である。 図３のIV−IV視断面図である。 赤色光変換層にて被覆した青色発光ダイオードチップを示す斜視図である。 図５のVI−VI視断面図である。 図５のVII −VII 視断面図である。 第２の実施の形態に係る発光ダイオードランプを製造する第１工程を示す図である。 第２の実施の形態に係る発光ダイオードランプを製造する第２工程を示す図である。 第２の実施の形態に係る発光ダイオードランプを製造する第３工程を示す図である。

符号の説明

１ ランプ本体
３ 溝型凹所
４，５ リード端子
６ 青色発光ダイオードチップ
７ 赤色光変換層
８ 金属線
９，９ａ 光透過層
１０，１０ａ 緑色光変換層

Claims (4)

1. ランプ本体の先端面に，細長い長方形の開口部を有するように溝型にした凹所を設け，この溝型凹所の実質的中心部における内底面に，青色発光ダイオードチップをマウントし，更に，前記凹所に，光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップにおける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前記青色発光ダイオードチップを被覆するように設けるとともに，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，前記青色光が当該緑色光変換層を透過するように設けて成る薄型発光ダイオードランプにおいて，
   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マウントする前に設ける構成であり，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所を横切るように延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さを，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所の長手方向に延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さよりも厚くすることを特徴とする薄型発光ダイオードランプ。
2. 前記請求項１の記載において，前記青色発光ダイオードチップの上面に電極が形成されており，この電極は，前記赤色光変換層から露出する構成であることを特徴とする薄型発光ダイオードランプ。
3. 前記請求項２の記載において，前記赤色光変換層は，前記青色発光ダイオードチップの側面のみを被覆する構成であることを特徴とする薄型発光ダイオードランプ。
4. ランプ本体の先端面に設けた溝型凹所内のうち実質的中心部における内底面に，青色発光ダイオードチップをマウントする工程と，
   前記溝型凹所内に，光透過性合成樹脂に前記青色発光ダイオードチップにおける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前記青色発光ダイオードチップを被覆するように設ける工程と，
   前記溝型凹所内に，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設ける工程とを備えて成る発光ダイオードランプの製造方法において，
   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マウントする前であり，且つ，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所を横切るように延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さを，前記青色発光ダイオードチップにおける側面のうち前記溝型凹所の長手方向に延びる左右両側面における前記赤色光変換層の膜厚さよりも厚くする工程であり，更に，前記緑色光変換層を設ける工程が，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注入する工程と，この液体状の光透過性合成樹脂を，前記溝型凹所を下向き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なることを特徴とする発光ダイオードランプの製造方法。

Images