JP3148568U

JP3148568U - カラー発光ダイオード

Info

Publication number: JP3148568U
Application number: JP2008008566U
Authority: JP
Inventors: 俊男嶋田; 利道中村; 神戸　篤; 篤神戸; 加藤　陽弘; 陽弘加藤
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2015-12-26

Abstract

【課題】青色系可視光を発光するＬＥＤチップと黄緑色系蛍光体を備えたＬＥＤにおいて、白色光のみならず、所望の色の高輝度な可視光を容易に得ることのできるカラー発光ダイオードを実現する。【解決手段】ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム１２に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ１４形成し、該リフレクタ１４の底面上に、青色系可視光を発光するＬＥＤチップ１６をダイボンドにより接続固定し、また、上記ＬＥＤチップ１６を透光性材料より成るコーティング材２２で被覆・封止すると共に、黄緑色系蛍光体の表面に、着色剤としての赤色系顔料を付着して成る顔料付蛍光体２４を上記コーティング材２２中に分散状態で多数混入した。【選択図】図１

Description

この考案は、青色系可視光を発光する発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）と、該ＬＥＤチップの発光を黄緑色系可視光に変換する黄緑色系蛍光体を備えた発光ダイオードにおいて、白色光のみならず、所望の色の高輝度な可視光を容易に得ることのできるカラー発光ダイオード（カラーＬＥＤ）に関する。

ＬＥＤチップから発せられる青色系可視光と、ＹＡＧ蛍光体等の黄緑色系蛍光体から発せられる黄緑色系可視光とを混色させて白色光を放射することのできるＬＥＤが従来より用いられている。
しかしながら、上記ＬＥＤで得られる白色光には、青色系可視光中の青色成分と、黄緑色系可視光中の黄緑色成分しか含まれていないため、白色光の表現範囲が非常に狭かった。

例えば、上記ＬＥＤが照明として用いられる場合、赤色成分の入った電球色等の暖色系白色光が消費者には好まれているが、ＬＥＤチップの青色系可視光と黄緑色系蛍光体の黄緑色系可視光とを混色して得られる白色光には赤色成分が含まれていない。
そこで、本出願人は、先に、赤色成分の不足を補うことができるよう、青色系の可視光を発光するＬＥＤチップと、黄緑色系の可視光を発光するＹＡＧ蛍光体と、赤色系の可視光を発光する赤色蛍光体とを備え、上記青色系可視光、黄緑色系可視光、赤色系可視光とを混色させて白色光を放射するよう構成した発光ダイオードを提案した（特開２００４−１５２９９３号）。

この発光ダイオード60は、図６に示すように、発光ダイオードチップ搭載用の第１のリードフレーム62に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ64を形成し、該リフレクタ64の底面に、青色系の可視光を発光する発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）66をダイボンドすることにより、上記第１のリードフレーム62と、ＬＥＤチップ66底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム68と、上記ＬＥＤチップ66上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ70を介して電気的に接続して成る。

上記ＬＥＤチップ66の上面及び側面は、リフレクタ64内に充填された透光性エポキシ樹脂等のコーティング材72によって被覆・封止されている。
また、上記コーティング材72中には、ＬＥＤチップ66の発光を黄緑色系の可視光に変換するＹＡＧ蛍光体73と、ＬＥＤチップ66の発光を赤色系の可視光に変換する赤色系蛍光体74が分散状態で多数混入されている。
さらに、コーティング材72で被覆された上記ＬＥＤチップ66、第１のリードフレーム62の先端部62ａ及び端子部62ｂの上端、第２のリードフレーム68の先端部68ａ及び端子部68ｂの上端は、先端に凸レンズ部76を有する透光性の外囲器78によって被覆・封止されている。

而して、上記第１のリードフレーム62及び第２のリードフレーム68を介してＬＥＤチップ66に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ66が発光して青色系可視光が放射される。また、ＬＥＤチップ66の発光を受けてＹＡＧ蛍光体73から黄緑色系可視光が放射されると共に、赤色系蛍光体74から赤色系可視光が放射される。
そして、ＬＥＤチップ66から放射された青色系可視光、ＹＡＧ蛍光体73から放射された黄緑色系可視光、赤色系蛍光体74から放射された赤色系可視光が混色することにより白色光が得られ、該白色光が透光性樹脂材78の凸レンズ部76によって集光されて外部へ放射されるようになっている。

上記ＬＥＤ60は、ＹＡＧ蛍光体73と共に赤色系蛍光体74を備えているので、上記赤色系蛍光体74から放射される赤色系可視光によって、赤色成分の不足を補うことができ、暖色系白色光を得ることができる。
特開２００４−１５２９９３号

上記の如く、青色系可視光を発光するＬＥＤチップと黄緑色系蛍光体を備えた白色発光のＬＥＤにおいて、白色光の表現範囲を広げるためには、赤色等の所定色の可視光を放射する蛍光体を用いれば良いが、この場合、赤色等の所定色の可視光を放射する蛍光体を相当量用いる必要があり、その分、黄緑色系蛍光体の量が減少するため高輝度な白色光を得ることができなかった。
例えば、上記した従来のＬＥＤ60において、赤色系蛍光体74として（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＣａＳ：Ｅｕ等の硫化物系蛍光体を用いた場合、赤色成分の不足を補って暖色系白色光を得るためには、赤色系蛍光体74をＹＡＧ蛍光体73に対する重量比で２０〜３０重量％程度も用いる必要があるが、その分コーティング材72中に混入されるＹＡＧ蛍光体73の量が減少するため高輝度な暖色系白色光を実現することができなかった。

また、青色系可視光を発光するＬＥＤチップと黄緑色系蛍光体を備えた白色発光のＬＥＤにおいて、白色光の範囲以外の所望の色の可視光を得ようとする場合には、上記した白色光の表現範囲を広げる場合以上に、赤色等の所定色の可視光を放射する蛍光体を多量に用いる必要があるが、黄緑色系蛍光体の量が著しく減少して輝度低下をもたらすため、実用に耐えないものであった。

本考案は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、青色系可視光を発光するＬＥＤチップと黄緑色系蛍光体を備えたＬＥＤにおいて、白色光のみならず、所望の色の高輝度な可視光を容易に得ることのできるカラー発光ダイオードを実現することにある。

上記の目的を達成するため、本考案に係るカラー発光ダイオードは、青色系可視光を発光するＬＥＤチップと、黄緑色系可視光を発光する黄緑色系蛍光体と、所定色の着色剤とを備え、上記青色系可視光、黄緑色系可視光、着色剤の色成分とを混色させて、所望の色の可視光を放射するよう構成されていることを特徴とする。

上記着色剤の量は、黄緑色系蛍光体に対する重量比で０．０１〜１５重量％と成すのが好ましい。

上記着色剤としては、例えば顔料が該当する。顔料を着色剤として用いる場合、ＬＥＤチップを透光性材料より成るコーティング材で封止すると共に、黄緑色系蛍光体の表面に上記顔料を付着して成る顔料付蛍光体を上記コーティング材中に混入するようにしても良い。

本考案のカラー発光ダイオードは、青色系可視光を発光するＬＥＤチップ、黄緑色系可視光を発光する黄緑色系蛍光体と共に、所定色の着色剤を備えているので、当該着色剤の色成分を白色光に混色させることにより、所望の色の可視光を得ることができる。

上記着色剤の量を、黄緑色系蛍光体に対する重量比で０．０１〜１５重量％と成すことにより、当該着色剤の色成分を十分に白色光中に加えて所望の色の可視光を得ることができると共に、輝度低下を生じることのない高輝度な色の可視光を得ることができる。

ＬＥＤチップを透光性材料より成るコーティング材で封止すると共に、黄緑色系蛍光体の表面に顔料を付着して成る顔料付蛍光体を上記コーティング材中に混入すれば、黄緑色系蛍光体と顔料とが偏在することなく略均一に分散させることができ、色ムラの発生を抑制できる。

以下、図面に基づき、本考案に係るカラーＬＥＤの実施形態を説明する。
図１は、本考案に係るカラーＬＥＤ10を模式的に示す概略断面図であり、このカラーＬＥＤ10は、ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム12の先端部12ａに、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ14を形成し、該リフレクタ14の底面上に、青色系の可視光を発光するＬＥＤチップ16をＡｇペースト等を介してダイボンドにより接続固定し、以て、上記第１のリードフレーム12と、ＬＥＤチップ16底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム18の先端部18ａと、上記ＬＥＤチップ16上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ20を介して電気的に接続して成る。
上記ＬＥＤチップ16は、約４３０ｎｍ〜５００ｎｍの波長の青色又は青紫等の青色系の可視光（以下、青色系可視光と称する）を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶で構成されている。

上記ＬＥＤチップ16の上面及び側面は、リフレクタ14内に充填されたエポキシ樹脂等の透光性材料より成るコーティング材22によって被覆・封止されている。
また、上記コーティング材22中には、顔料付蛍光体24が分散状態で多数混入されている。該顔料付蛍光体24は、図２に示すように、ＬＥＤチップ16の発光を黄緑色系可視光に変換する粒子状の黄緑色系蛍光体24ａの表面に、着色剤としての赤色系顔料24ｂが付着されて成る。

上記黄緑色系蛍光体24ａは、例えば、ＬＥＤチップ16の発光を約５６０ｎｍ〜約５９０ｎｍ程度の黄緑色系可視光に変換する（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ等のＹＡＧ蛍光体（アルミン酸イットリウム系蛍光体）が該当する。
また、ＺｎＳ：Ｃｕ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ等の硫化物系蛍光体、稀土類元素を付活させたＣａ（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｎ，Ｏ）₁₆等のサイアロン蛍光体で代表される酸窒化物系蛍光体、稀土類元素を付活させたＣａＧａ_２Ｓ_４等の硫化物系蛍光体、稀土類元素を付活させたＣａ_３ＳＣ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２等のシリケート系蛍光体等を用いることができる。これらの各種蛍光体は、使用する着色剤の種類、得ようとするカラーＬＥＤ10の発光色に応じて、一種、又は２種以上組み合わせて使用される。

上記赤色系顔料24ｂとしては、無機顔料である弁柄赤（Ｆｅ_２Ｏ_３）、カドミウムレッド（ＣｄＳ＋ＣｄＳｅ）、アンチモン赤（２Ｓｂ_２Ｓ_３・Ｓｂ_２Ｏ_３）、鉛丹（Ｐｂ_３Ｏ_４）等、有機顔料であるキナクリドン系顔料、ジオキサン系顔料等を用いることができる。
本考案に使用可能な着色剤は着色力が大きく出来るだけ光透過性のものが良く、また耐久力に優れたものが好ましい。

上記顔料付蛍光体24は、例えば以下の方法で作製することができる。水中に粉末状の黄緑色系蛍光体24ａを分散させた蛍光体分散液と、水中に赤色系顔料24ｂを分散した顔料分散液とを混合・撹拌した後、ゼラチンを添加して撹拌を続ける。その後、酢酸等を添加してｐＨ４に調整すると、黄緑色系蛍光体24ａの表面に赤色系顔料24ｂが付着し、その後、濾過、脱水することにより、上記顔料付蛍光体24が得られる。

上記コーティング材22で被覆されたＬＥＤチップ16、第１のリードフレーム12の先端部12ａ及び端子部12ｂの上端、第２のリードフレーム18の先端部18ａ及び端子部18ｂの上端は、先端に凸レンズ部28を有するエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等より成る透光性の外囲器30によって被覆・封止されている。

而して、第１のリードフレーム12及び第２のリードフレーム18を介してＬＥＤチップ16に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ16が発光して青色系可視光が放射される。また、ＬＥＤチップ16の発光を受けて、黄緑色系蛍光体24ａから黄緑色系可視光が放射される。さらに、ＬＥＤチップ16から放射された青色系可視光及び黄緑色系蛍光体24ａから放射された黄緑色系可視光が、赤色系顔料24ｂで反射したり、赤色系顔料24ｂを透過することにより赤色成分が生成される。
そして、ＬＥＤチップ16から放射された青色系可視光、黄緑色系蛍光体24ａから放射された黄緑色系可視光、及び、赤色系顔料24ｂの赤色成分が混色することにより赤色系可視光が得られ、該赤色系可視光が外囲器30の凸レンズ部28によって集光されて外部へ放射されるようになっている。

本考案のカラーＬＥＤ10にあっては、赤色系顔料24ｂによって赤色成分を加えることができ、赤色系可視光を容易に得ることができる。
上記赤色系顔料24ｂの量は、黄緑色系蛍光体24ａに対する重量比で０．０１〜１５重量％、好ましくは０．０１〜５重量％と成される。すなわち、０．０１重量％の赤色系顔料24ｂの量で赤色系可視光を実現できると共に、カラーＬＥＤ10の輝度低下を生じないよう赤色系顔料24ｂの量は１５重量％以下とするのが適当である。このように、赤色系顔料24ｂの量を、黄緑色系蛍光体24ａに対する重量比で０．０１〜１５重量％と成すことにより、黄緑色系蛍光体24ａの量を十分に確保することができ、高輝度なカラーＬＥＤ10を実現できる。また、０．０１〜５重量％とした場合には、赤色系顔料24ｂの色成分をより十分に加えることができると共に、黄緑色系蛍光体24ａの量を一層確保することができ、輝度の低下を殆ど生じることのないカラーＬＥＤ10を得ることができる。

図３は、赤色系可視光を放射するよう構成した本考案のカラーＬＥＤ10の色度図である。
本考案のカラーＬＥＤ10は、黄緑色系蛍光体24ａとして、希土類元素を付活させたＣａ（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｎ，Ｏ）₁₆より成るサイアロン蛍光体、赤色系顔料24ｂとして弁柄赤（Ｆｅ_２Ｏ_３）を用い、図３において、（１）は黄緑色系蛍光体24ａに対する赤色系顔料24ｂの割合が２重量％の場合の色度、（２）は黄緑色系蛍光体24ａに対する赤色系顔料24ｂの割合が１重量％の場合の色度、（３）は黄緑色系蛍光体24ａに対する赤色系顔料24ｂの割合が０．５重量％の場合の色度、（４）は黄緑色系蛍光体24ａに対する赤色系顔料24ｂの割合が０．２重量％の場合の色度、（５）は比較例として、黄緑色系蛍光体24ａのみ使用した場合の色度を示している。
図３に示される通り、本考案のカラーＬＥＤ10の場合には、０．２〜２重量％の範囲の少量の赤色系顔料24ｂを用いるだけで、赤色系可視光が得られている。

また、図４は、緑色系可視光を放射するよう構成した本考案のカラーＬＥＤ10の色度図である。
本考案のカラーＬＥＤ10は、黄緑色系蛍光体24ａとして、希土類元素を付活させたＣａ（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｎ，Ｏ）₁₆より成るサイアロン蛍光体、緑色系顔料として複合無機顔料であるダイピロキサイドＴＭグリーンを用い、図４において、（１）は黄緑色系蛍光体24ａに対する緑色系顔料の割合が２重量％、（２）は黄緑色系蛍光体24ａに対する緑色系顔料の割合が１重量％、（３）は黄緑色系蛍光体24ａに対する緑色系顔料の割合が０．５重量％、（４）は黄緑色系蛍光体24ａに対する緑色系顔料の割合が０．２重量％、（５）は比較例として、黄緑色系蛍光体24ａのみ使用した場合の色度を示している。
図４に示される通り、本考案のカラーＬＥＤ10の場合には、０．２〜２重量％の範囲の少量の緑色系顔料を用いるだけで、緑色系可視光が得られている。

上記においては、コーティング材22中に顔料付蛍光体24（図２）を混入した場合を例に挙げて説明したが、本考案はこれに限定されるものではなく、粒子状の黄緑色系蛍光体24ａと粒子状の赤色系顔料24ｂとを混合状態でコーティング材22中に分散させても良い。
但し、黄緑色系蛍光体24ａと赤色系顔料24ｂとは粒径や比重が異なるため、これらをコーティング材22中にそのまま混入すると、コーティング材22中に均一に分布せず、黄緑色系蛍光体24ａと赤色系顔料24ｂとが偏在してしまうことがある。この場合、黄緑色系蛍光体24ａの発光色と赤色系顔料24ｂの赤色成分とが十分に混色せず、色ムラを生じる原因となる。これに対し、黄緑系蛍光体24ａの表面に赤色系顔料24ｂを付着して構成した上記顔料付蛍光体24をコーティング材22中に混入した場合には、黄緑色系蛍光体24ａと赤色系顔料24ｂとが偏在することなく略均一に分散させることができるので、顔料付蛍光体24を用いるのが好ましい。

また、コーティング材22中に、透明無機材料であるシリカ25で被覆された顔料付き蛍光体24（図５）を混入するようにしても良い。
このシリカ25で被覆された顔料付き蛍光体24は、以下の方法で作製できる。先ず、水硝子水中に黄緑色系蛍光体24ａ粉末を均一に分散させた液中に、予め乳化剤と共に非水溶剤中等に所定量の赤色系顔料24ｂを均一分散させた着色液を入れ、高速攪拌しで微細な乳化分散液を作成する。その後、水硝子の硬化剤又はＰＨ調整等を行うことにより、黄緑色系蛍光体24ａ表面に赤色系顔料24ｂが均一に付着すると共に、黄緑色系蛍光体24ａ及び赤色系顔料24ｂが水硝子のシリカ成分によって被覆（カプセル化）された顔料付蛍光体24が得られる。
上記顔料付き蛍光体24は、シリカ25で被覆されているのでカラーＬＥＤ10内部に浸入してきた水分が黄緑色系蛍光体24ａや赤色系顔料24ｂに付着することを防止でき、耐湿性に優れている。

また、上記においては、青色系可視光を発光するＬＥＤチップ12と黄緑色系蛍光体24ａを備えたＬＥＤにおいて、着色剤としての赤色系顔料24ｂにより赤色成分を加えて赤色系可視光を得る場合を例に挙げて説明したが、本考案はこれに限定されるものではない。
すなわち、所定色の顔料（着色剤）を用いることにより、当該顔料（着色剤）の色成分が加わり、カラーＬＥＤ10から放射される光の色の表現範囲を広げることができる。
例えば、緑系色の無機顔料である酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、ピリジアン（Ｃｒ_２Ｏ(ＯＨ)_４）、コバルトグリーン（ＣｏＯ・ＺｎＯ・ＭｇＯ）等、緑系色の有機顔料であるフタロシアニングリーン等を用いれば、緑色系可視光等の緑色成分の含まれた色の光を得ることができる。
また、青系色の無機顔料である群青（３ＮａＡｌ・ＳｉＯ_４・Ｎａ_２Ｓ_２）、紺青（Ｆｅ_４[Ｆｅ(ＣＮ)_６]_３・ｎＨ_２Ｏ）、コバルトブルー（ＣｏＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３）、セルリアンブルー（ＣｏＯ・ｎＳｎＯ_２・ＭｇＯ）等、有機顔料であるフタロシアニンブルーを用いれば、青色系可視光等の青色成分の含まれた色の光を得ることができる。
尚、所定色の顔料（着色剤）の量は、上記赤色系顔料24ｂの場合と同様に、黄緑色系蛍光体に対する重量比で０．０１〜１５重量％と成される。
すなわち、０．０１重量％の顔料（着色剤）の量で、当該顔料（着色剤）の色成分を十分に加えることができると共に、カラーＬＥＤ10の輝度低下を生じないよう顔料（着色剤）の量は１５重量％以下とするのが適当である。

着色剤としては、上記した各色顔料24ｂ等の他に、耐候性を有する染料、蛍光染料等を用いることもできる。
また、有機ＥＬに用いられる色変換材料である非共役系高分子（ポリイミド系、ポリビニールカルバゾール誘導体）、共役系高分子等を用いることもできる。さらに、雲母扁平表面にチタンを被覆した各色顔料も有用である。これら着色剤は、色成分を加えることができると共に、カラーＬＥＤ10の更なる輝度向上も図ることができる。

本考案に係るカラーＬＥＤを模式的に示す概略断面図である。顔料付蛍光体を模式的に示す断面図である。赤色系可視光を放射するよう構成した本考案のカラーＬＥＤの色度図である。緑色系可視光を放射するよう構成した本考案のカラーＬＥＤの色度図である。シリカで被覆された顔料付き蛍光体を模式的に示す断面図である。従来のＬＥＤの概略断面図である。

符号の説明

10 カラーＬＥＤ
12 第１のリードフレーム
14 リフレクタ
16 ＬＥＤチップ
18 第２のリードフレーム
22 コーティング材
24 顔料付蛍光体
24ａ黄緑色系蛍光体
24ｂ赤色系顔料
28 外囲器

Claims

青色系可視光を発光するＬＥＤチップと、黄緑色系可視光を発光する黄緑色系蛍光体と、所定色の着色剤とを備え、上記青色系可視光、黄緑色系可視光、着色剤の色成分とを混色させて、所望の色の可視光を放射するよう構成されていることを特徴とするカラー発光ダイオード。
上記着色剤の量は、黄緑色系蛍光体に対する重量比で０．０１〜１５重量％であることを特徴とする請求項１に記載のカラー発光ダイオード
上記着色剤が顔料であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー発光ダイオード。
上記ＬＥＤチップを透光性材料より成るコーティング材で封止すると共に、黄緑色系蛍光体の表面に上記顔料を付着して成る顔料付蛍光体を上記コーティング材中に混入したことを特徴とする請求項３に記載のカラー発光ダイオード。