長寿命多色ＬＥＤの作製方法
【課題】長寿命多色ＬＥＤを提供する。
【解決手段】希土類ドープ無機材料キャップ層はエポキシ樹脂の劣化要因となる紫外光成分をより波長の長い可視光に効率よく変換する作用がある。上記キャップ層をＬＥＤとエポキシ封止材の間に挿入することにより、エポキシ樹脂の劣化に基づくＬＥＤの寿命を著しく伸ばすことが可能になる。さらに紫外光成分のエネルギーは可視光に変換されて有効利用されるために、ＬＥＤの発光効率が向上する。上記キャップ層自体が発光層として機能し、発光波長はドープする元素により選択することができる。さらに上記キャップ層の上層に封止層として蛍光材料を添加したエポキシ樹脂または無機材料を用いることによって３色以上の光の混合が可能になり、適当な組み合わせによって赤色、緑、黄色などの発光や演色性の良い白色を発光することができる。
【解決手段】希土類ドープ無機材料キャップ層はエポキシ樹脂の劣化要因となる紫外光成分をより波長の長い可視光に効率よく変換する作用がある。上記キャップ層をＬＥＤとエポキシ封止材の間に挿入することにより、エポキシ樹脂の劣化に基づくＬＥＤの寿命を著しく伸ばすことが可能になる。さらに紫外光成分のエネルギーは可視光に変換されて有効利用されるために、ＬＥＤの発光効率が向上する。上記キャップ層自体が発光層として機能し、発光波長はドープする元素により選択することができる。さらに上記キャップ層の上層に封止層として蛍光材料を添加したエポキシ樹脂または無機材料を用いることによって３色以上の光の混合が可能になり、適当な組み合わせによって赤色、緑、黄色などの発光や演色性の良い白色を発光することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂に与える劣化の一因である紫外線を遮断した多色ＬＥＤ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
【希土類添加フッ化カルシウム結晶の特徴】
現在、フッ化カルシウム結晶はレンズ結晶材料に大型結晶が使われるなど多くの注目を集めている結晶材料である。波長１０・ｍの赤外領域から１２５ｎｍの紫外域に至る範囲で高い透過率と適当な屈折率変化を持つことから、紫外光源用窓、光学関連部品としての用途がある。さらに不純物を添加しシンチレータ結晶としての有用な特性を有している。本発明者らは希土類添加ＣａＦ２の光学特性について鋭意研究を積み重ねた結果、ランタン系元素と適当な酸素をフッ化カルシウム結晶中に添加することにより紫外域にわたる短波長成分を可視域の波長に高効率で変換できることを見出した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
短波長発光ダイオードは青色、紫外光などエネルギーは高くなるがひとつの半導体材料では一色の発光しかなく、基本のＬＥＤを基にして多色のＬＥＤを作製することはＬＥＤを構成するエポキシ剤などに発光物質を混ぜＬＥＤの発光とエポキシ樹脂の発光を合わせて白色ＬＥＤを作製していた、しかしＧａＮ自身による発光などがありエポキシ樹脂の劣化を著しく早めていた。さらにエポキシなどに蛍光材料が溶け込んでいると劣化したエポキシ樹脂の内部での化学変化が促進されるなど白色ＬＥＤの寿命を下げる一因になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
エポキシ樹脂の劣化を抑制するためには、ＬＥＤから発生する紫外光成分を遮断する必要がある。本発明による希土類ドープ無機材料キャップ層はエポシキ樹脂の劣化要因となる紫外光成分をより波長の長い可視光に効率よく変換する作用がある。上記キャップ層をＬＥＤとエポキシ封止材の間に挿入する。さらに紫外光成分のエネルギーは可視光に変換されて有効利用されるために、ＬＥＤの発光効率が向上する。さらにはエポキシ樹脂のかわりに無機ガラス層を用いても同様である。
【０００６】
上記キャップ層自体が発光層として機能し、発光波長はドープする元素により選択することができる。さらに上記キャップ層の上層に封止層として蛍光材料を添加したエポキシ樹脂または無機材料を用いることによって３色以上の光の混合が可能になり、適当な組み合わせによって演色性の良い白色を発することができる。
【発明の効果】
【０００７】
上記の方法により、エポキシ樹脂の劣化に基づくＬＥＤの寿命を著しく伸ばすことが可能になる。さらに紫外光成分のエネルギーは可視光に変換されて有効利用されるために、ＬＥＤの発光効率が向上する。ＬＥＤの発する光とキャップ層からの光の混合色を出すことができる。さらに上記キャップ層の上層に封止層として蛍光材料を添加したエポキシ樹脂または無機材料を用いることによって３色以上の光の混合が可能になり、適当な組み合わせによって演色性の良い白色を発することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は以下の特徴を有する。半導体ＬＥＤに無機材料から作られたキャップをし、さらにエポキシ樹脂層が光路に少なくと１層含まれるか、または、無機ガラス層が光路に少なくとも１層含まれる構造を有するＬＥＤ構造である。半導体ＬＥＤをキャップする無機材料にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤの発光以外の波長の光がキャップ層から発生する構造を有する。また、無機材料を封止するエポキシ樹脂にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光がエポシキ樹脂層から発生する構造を有する。さらに、無機材料を封止する無機ガラスにはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光が無機ガラス層から発生する構造を有する。
ＬＥＤキャップ無機材料としてはＣａＦ２結晶を使うことが望ましい。また、半導体ＬＥＤとしてＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ及びそれらの混晶を用いることが望ましい。
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する構造とする。
もしくは、半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する構造とする。
もしくは、半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて４種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する構造とする。
【実施例１】
【０００９】
図１にＬＥＤ構造の概略図を示す。無機キャップ層材料としてはＣａＦ２結晶を用いた。ＣａＦ２結晶にＥｕ元素を０．１モル％添加し４００ｎｍより短波長の紫外光は遮断した。次にエポキシ樹脂にＥｕを例えば１モル％添加するとマゼンダ色になり、０．１ｍｏｌ％添加すると白色に近いピンク色になる。また、ＣａＦ２結晶にＥｕ、エポキシ樹脂に燐などを添加すると白色ＬＥＤが完成する。これらの青色ＬＥＤを基本とした発光ダイオードを用いて赤色、緑、黄色などの発光を実施できＧａＡｓをはじめとする毒物を使用しない環境保全的な信号機や表示装置が実現可能である。エポシキ樹脂に各種元素を添加し発光を調べた結果を表１にまとめて示す。本実験ではＨｏ添加エポシキ樹脂層の発光とＥｕ添加ＣａＦ２キャップの青色発光とあわせて白色発光することが確認された。
【実施例２】
【００１０】
無機キャップ層材料としてはＣａＦ２結晶を用いた。ＣａＦ２結晶にＥｕ元素を０．１モル％添加し４００ｎｍより短波長の紫外光は遮断した。図２にＬＥＤ構造の概略図を示す。ＣａＦ２結晶にＥｕ、無機ガラス層にＮｄを添加するとピンク色の発光を示した。無機ガラス層に各種元素を添加して発光を調べた結果を表２に示す。白色は得られていないが、ピンク色が得られたことから、条件を最適化すれば白色発光が得られる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
以上述べた内容は白色ＬＥＤをはじめ、各種ＬＥＤへ適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例によって形成されたＬＥＤ構造を示した断面図である。
【図２】本発明の２実施例によって形成されたＬＥＤ構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１ ＬＥＤ
２ 無機キャップ層
３ エポキシ封止層
４ 無機ガラス層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂に与える劣化の一因である紫外線を遮断した多色ＬＥＤ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
【希土類添加フッ化カルシウム結晶の特徴】
現在、フッ化カルシウム結晶はレンズ結晶材料に大型結晶が使われるなど多くの注目を集めている結晶材料である。波長１０・ｍの赤外領域から１２５ｎｍの紫外域に至る範囲で高い透過率と適当な屈折率変化を持つことから、紫外光源用窓、光学関連部品としての用途がある。さらに不純物を添加しシンチレータ結晶としての有用な特性を有している。本発明者らは希土類添加ＣａＦ２の光学特性について鋭意研究を積み重ねた結果、ランタン系元素と適当な酸素をフッ化カルシウム結晶中に添加することにより紫外域にわたる短波長成分を可視域の波長に高効率で変換できることを見出した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
短波長発光ダイオードは青色、紫外光などエネルギーは高くなるがひとつの半導体材料では一色の発光しかなく、基本のＬＥＤを基にして多色のＬＥＤを作製することはＬＥＤを構成するエポキシ剤などに発光物質を混ぜＬＥＤの発光とエポキシ樹脂の発光を合わせて白色ＬＥＤを作製していた、しかしＧａＮ自身による発光などがありエポキシ樹脂の劣化を著しく早めていた。さらにエポキシなどに蛍光材料が溶け込んでいると劣化したエポキシ樹脂の内部での化学変化が促進されるなど白色ＬＥＤの寿命を下げる一因になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
エポキシ樹脂の劣化を抑制するためには、ＬＥＤから発生する紫外光成分を遮断する必要がある。本発明による希土類ドープ無機材料キャップ層はエポシキ樹脂の劣化要因となる紫外光成分をより波長の長い可視光に効率よく変換する作用がある。上記キャップ層をＬＥＤとエポキシ封止材の間に挿入する。さらに紫外光成分のエネルギーは可視光に変換されて有効利用されるために、ＬＥＤの発光効率が向上する。さらにはエポキシ樹脂のかわりに無機ガラス層を用いても同様である。
【０００６】
上記キャップ層自体が発光層として機能し、発光波長はドープする元素により選択することができる。さらに上記キャップ層の上層に封止層として蛍光材料を添加したエポキシ樹脂または無機材料を用いることによって３色以上の光の混合が可能になり、適当な組み合わせによって演色性の良い白色を発することができる。
【発明の効果】
【０００７】
上記の方法により、エポキシ樹脂の劣化に基づくＬＥＤの寿命を著しく伸ばすことが可能になる。さらに紫外光成分のエネルギーは可視光に変換されて有効利用されるために、ＬＥＤの発光効率が向上する。ＬＥＤの発する光とキャップ層からの光の混合色を出すことができる。さらに上記キャップ層の上層に封止層として蛍光材料を添加したエポキシ樹脂または無機材料を用いることによって３色以上の光の混合が可能になり、適当な組み合わせによって演色性の良い白色を発することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は以下の特徴を有する。半導体ＬＥＤに無機材料から作られたキャップをし、さらにエポキシ樹脂層が光路に少なくと１層含まれるか、または、無機ガラス層が光路に少なくとも１層含まれる構造を有するＬＥＤ構造である。半導体ＬＥＤをキャップする無機材料にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤの発光以外の波長の光がキャップ層から発生する構造を有する。また、無機材料を封止するエポキシ樹脂にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光がエポシキ樹脂層から発生する構造を有する。さらに、無機材料を封止する無機ガラスにはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光が無機ガラス層から発生する構造を有する。
ＬＥＤキャップ無機材料としてはＣａＦ２結晶を使うことが望ましい。また、半導体ＬＥＤとしてＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ及びそれらの混晶を用いることが望ましい。
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する構造とする。
もしくは、半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する構造とする。
もしくは、半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて４種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する構造とする。
【実施例１】
【０００９】
図１にＬＥＤ構造の概略図を示す。無機キャップ層材料としてはＣａＦ２結晶を用いた。ＣａＦ２結晶にＥｕ元素を０．１モル％添加し４００ｎｍより短波長の紫外光は遮断した。次にエポキシ樹脂にＥｕを例えば１モル％添加するとマゼンダ色になり、０．１ｍｏｌ％添加すると白色に近いピンク色になる。また、ＣａＦ２結晶にＥｕ、エポキシ樹脂に燐などを添加すると白色ＬＥＤが完成する。これらの青色ＬＥＤを基本とした発光ダイオードを用いて赤色、緑、黄色などの発光を実施できＧａＡｓをはじめとする毒物を使用しない環境保全的な信号機や表示装置が実現可能である。エポシキ樹脂に各種元素を添加し発光を調べた結果を表１にまとめて示す。本実験ではＨｏ添加エポシキ樹脂層の発光とＥｕ添加ＣａＦ２キャップの青色発光とあわせて白色発光することが確認された。
【実施例２】
【００１０】
無機キャップ層材料としてはＣａＦ２結晶を用いた。ＣａＦ２結晶にＥｕ元素を０．１モル％添加し４００ｎｍより短波長の紫外光は遮断した。図２にＬＥＤ構造の概略図を示す。ＣａＦ２結晶にＥｕ、無機ガラス層にＮｄを添加するとピンク色の発光を示した。無機ガラス層に各種元素を添加して発光を調べた結果を表２に示す。白色は得られていないが、ピンク色が得られたことから、条件を最適化すれば白色発光が得られる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
以上述べた内容は白色ＬＥＤをはじめ、各種ＬＥＤへ適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例によって形成されたＬＥＤ構造を示した断面図である。
【図２】本発明の２実施例によって形成されたＬＥＤ構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１ ＬＥＤ
２ 無機キャップ層
３ エポキシ封止層
４ 無機ガラス層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ＬＥＤに無機材料から作られたキャップをしさらにエポキシ樹脂層が光路に少なくとも１層含まれる構造を有するＬＥＤ構造。
【請求項２】
半導体ＬＥＤに無機材料から作られたキャップをしさらに無機ガラス層が光路に少なくとも１層含まれる構造を有するＬＥＤ構造。
【請求項３】
半導体ＬＥＤをキャップする無機材料にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤの発光以外の波長の光がキャップ層から発生する構造を有する請求項１及び請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項４】
無機材料を封止するエポキシ樹脂にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光がエポシキ樹脂層から発生する構造を有する請求項１のＬＥＤ構造。
【請求項５】
無機材料を封止する無機ガラスにはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光が無機ガラス層から発生する構造を有する請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項６】
無機材料としてはＣａＦ２結晶を使う請求項１及び請求項２のＬＥＤキャップ無機材料。
【請求項７】
半導体ＬＥＤとしてＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ及びそれらの混晶を用いた請求項１及び請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項８】
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する請求項１のＬＥＤ構造。
【請求項９】
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項１０】
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて４種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する請求項１及び２のＬＥＤ構造。
【請求項１】
半導体ＬＥＤに無機材料から作られたキャップをしさらにエポキシ樹脂層が光路に少なくとも１層含まれる構造を有するＬＥＤ構造。
【請求項２】
半導体ＬＥＤに無機材料から作られたキャップをしさらに無機ガラス層が光路に少なくとも１層含まれる構造を有するＬＥＤ構造。
【請求項３】
半導体ＬＥＤをキャップする無機材料にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤの発光以外の波長の光がキャップ層から発生する構造を有する請求項１及び請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項４】
無機材料を封止するエポキシ樹脂にはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光がエポシキ樹脂層から発生する構造を有する請求項１のＬＥＤ構造。
【請求項５】
無機材料を封止する無機ガラスにはＥｒ，Ｅｕ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｙ，Ｈｏ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｄ，Ｈｆ，Ｌｕ，Ｐｒ，Ｄｙ，Ｔｂ，Ｓｍ等のうち少なくともひとつが添加されており半導体ＬＥＤ発光以外の波長の光が無機ガラス層から発生する構造を有する請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項６】
無機材料としてはＣａＦ２結晶を使う請求項１及び請求項２のＬＥＤキャップ無機材料。
【請求項７】
半導体ＬＥＤとしてＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ及びそれらの混晶を用いた請求項１及び請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項８】
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する請求項１のＬＥＤ構造。
【請求項９】
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて３種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する請求項２のＬＥＤ構造。
【請求項１０】
半導体ＬＥＤからの発光、無機材料キャップからの発光、エポキシ樹脂層からの発光、無機ガラス層からの発光をあわせて４種類以上の発光波長の混合が可能になる白色を含む多色の発光を有する請求項１及び２のＬＥＤ構造。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１０８５９９（Ｐ２００６−１０８５９９Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１３０７７（Ｐ２００４−３１３０７７）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（５０４３１９０３５）有限会社ソラテス・ラボ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（５０４３１９０３５）有限会社ソラテス・ラボ (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]