JP2000315826A - 発光装置及びその形成方法、砲弾型発光ダイオード、チップタイプｌｅｄ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】可視光を発光する蛍光物質及び発光素子とを有
する発光装置に係わり、高輝度且つ均一に混色光を発光
可能な発光装置を提供する。 【解決手段】発光素子と、該発光素子を被覆する第一の
透光性樹脂と、前記発光素子及び第一の透光性樹脂の上
に配置され蛍光物質が含有された第二の透光性樹脂と、
前記発光素子と電気的に接続された配線部とを有する発
光装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、バックライト光
源、光センサ−や光プリンターなどの読みとり／書き込
み光源、各種デ−タなどが表示可能な表示装置に用いら
れる発光装置に係わり、特に蛍光物質と、発光素子と、
を有し高輝度且つ均一に発光可能な発光装置及びそれを
用いたＬＥＤ表示器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、ＲＧＢ（赤色系、緑色系、青色
系）において、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に
発光可能な発光素子（以下ＬＥＤチップとも言う。）が
それぞれ開発された。これに伴い、赤色系（Ｒ）、緑色
系（Ｇ）、青色系（Ｂ）が発光可能な各ＬＥＤチップを
用い混色発光させることでフルカラーＬＥＤ表示器が設
置されつつある。このようなＬＥＤ表示器例としてフル
カラ−大型映像装置などの他に、単一色表示を用いた文
字表示板等がある。単一色表示として白色系は赤色系な
どの注意を引きつける色とは異なり、そのため長時間視
認しても疲れにくい。このことから特に白色系などの単
一色ＬＥＤ表示器が要望されている。

【０００３】一方、ＬＥＤチップは優れた単色性ピーク
波長を有する。そのため白色系などを表示させる場合に
は、ＲＧＢやＢ（青色系）Ｙ（黄色系）の混色など２種
類以上のＬＥＤチップからの発光を混色させる必要があ
る。しかし、行き先表示板等に用いられるＬＥＤ表示器
などにおいては必ずしも２種類以上のＬＥＤチップを用
いて白色系など表示させる必要性はない。そこで本願出
願人は、ＬＥＤチップと蛍光物質により青色発光ダイオ
ードからの発光を色変換させて他の色などが発光可能な
発光ダイオードとして特開平５−１５２６０９号公報、
特開平７−９９３４５号公報などに記載された発光ダイ
オードを開発した。これらの発光ダイオードによって、
１種類のＬＥＤチップを用いて白色系など種々の発光色
を発光させることができる。

【０００４】具体的には、発光層のエネルギー・バンド
ギャップが大きいＬＥＤチップをリードフレームの先端
に設けられたカップ上などに配置する。ＬＥＤチップ
は、ＬＥＤチップが設けられたメタルステムやメタルポ
ストとそれぞれ電気的に接続させる。そして、ＬＥＤチ
ップを被覆するモールド部材中などにＬＥＤチップから
の光を吸収し波長変換する蛍光体を含有させて形成させ
てある。

【０００５】この場合、青色系の発光ダイオードと、そ
の発光を吸収し黄色系を発光する蛍光物質などを選択す
ることにより、これらの発光の混色を利用して白色系を
発光させることができる。このような発光ダイオード
は、白色系を発光する発光ダイオードとして利用した場
合においても十分な輝度を発光する発光ダイオードとし
て利用することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光ダ
イオードに用いられるマウント・リード上の反射カップ
内などに単にＬＥＤチップ及び蛍光物質を実装させる
と、発光観測面において色むらを生じる場合がある。よ
り詳しくは、発光観測面側から見てＬＥＤチップが配置
された中心部が青色ぽっく、その周辺にリング状に黄、
緑や赤色っぽい部分が見られる場合がある。人間の色調
感覚は、白色において特に敏感である。そのため、僅か
な色調差でも赤っぽい白、緑色っぽい白、黄色っぽい白
などと感じる。

【０００７】このような発光観測面を直視することによ
って生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでな
く、ＬＥＤ表示器に応用した場合における表示面の色調
むらや、光センサーなどの精密機器における誤差を生ず
ることにもなる。さらに、このような発光装置は、時間
と共に発光輝度が低下する傾向にあるという問題を有す
る。本願発明は、上記問題点を解決し発光観測面におけ
る色調むらが極めて少なく高輝度に白色系などが発光可
能な発光装置及びそれを用いた表示装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、発光素子と、
発光素子を被覆する第一の透光性樹脂と、発光素子及び
第一の透光性樹脂の上に配置され蛍光物質が含有された
第二の透光性樹脂と、発光素子と電気的に接続された配
線部とを有する発光装置である。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発光装置の形成
方法は、発光素子からの可視光と、発光素子からの可視
光を吸収して異なる可視光を発する蛍光物質から光との
混色光を発光する発光装置に係わり、発光素子を第一の
透光性樹脂で被覆する工程と、発光素子及び第一の透光
性樹脂の上に蛍光物質が含有された第二の透光性樹脂を
形成する工程とを有する発光装置の形成方法である。

【００１０】本発明の請求項３に記載の砲弾型発光ダイ
オードは、マウントリードのカップ内に配置させた発光
素子と、該発光素子を被覆する第一の透光性樹脂と、該
第一の透光性樹脂上に前記発光素子からの可視光を吸収
して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する第二の
透光性樹脂と、該第二の透光性樹脂を被覆するモールド
樹脂とを有する。

【００１１】本発明の請求項４に記載のチップタイプＬ
ＥＤは、凹状開口部内に配置させた発光素子と、凹部内
の発光素子を被覆する第一の透光性樹脂と、第一の透光
性樹脂上に発光素子からの可視光を吸収して異なる可視
光を発光する蛍光物質を含有する第二の透光性樹脂とを
有する。

【００１２】本発明の請求項５に記載の発光装置は、発
光素子が可視光を発光すると共に蛍光物質が発光素子か
らの可視光を吸収して異なる可視光を発光し、発光素子
及び蛍光物質からの混色光を第二の透光性樹脂から発光
する。

【００１３】本発明の請求項６に記載の発光装置は、発
光素子が窒化物系化合物半導体からなると共に、蛍光物
質がセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム
・ガーネットである。

【００１４】本発明の請求項７に記載の発光装置は、第
一及び第二の透光性樹脂が凸レンズ形状或いは薄膜形状
からなっている。

【００１５】本発明は、発光素子近傍の第一の透光性樹
脂と、第一の透光性樹脂上に蛍光物質を有する第二の透
光性樹脂とすることによって発光素子から放出される光
の光路長差を実質的に低減させることによって発光装置
の色調むらを低減させると共に蛍光物質が設けられたこ
とによる光の閉じこめを緩和させることができる。その
ため、長時間の使用においても発光輝度の低下が少ない
均一光が発光可能な発光装置などとすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明者らは、種々の実験の結
果、発光素子と蛍光物質とを特定の配置関係とすること
によって、発光観測面における色調むらや輝度低下を改
善できることを見出し本願発明を成すに至った。

【００１７】本願発明の構成によって、色調むらや輝度
低下の改善が図れることは定かではないが以下の如く考
えられる。即ち、発光素子から放出された光は、図５
（Ａ）に示すように（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）、（ｆ）の如く様々な角度に放出される。このよ
うな光は、蛍光物質が含有されたコーティング部を通過
する光路長がそれぞれ異なる。特に、ＬＥＤチップから
放出される光の角度が浅い光ほど光路長が長くなる傾向
にある。このため、光路長差によって蛍光物質に変換さ
れる光量が異なり、色調むらが生ずることとなる。特に
（ｄ）、（ｅ）の領域では光路長が長いためＬＥＤチッ
プからの光が蛍光物質によって波長変換される光が多く
なり、発光観測面側から見て色調むらが生じやすいと考
えられる。また、ＬＥＤチップから放出される光は、半
導体内を導波管の如く伝搬し放出される光（ｆ）ある。
このような光もＬＥＤチップ周辺の色調むら原因になる
と考えられる。

【００１８】また、ＬＥＤチップ上に蛍光物質を有する
コ−ティング部を直接配置させると、蛍光物質によって
ＬＥＤチップからの光が反射・散乱される割合が増え
る。特に、ＬＥＤチップ近傍では、ＬＥＤチップからの
可視光が蛍光体物質によって反射散乱などされる回数が
極端に増加し光の密度が高くなる。この結果、コ−ティ
ング部の母材である有機樹脂などが劣化しやすく、最終
的には輝度が低下する傾向にあると考えられる。

【００１９】本願発明は、図５（Ｂ）の如く、ＬＥＤチ
ップ上に第１のコーティング部、第２のコーティング部
の積層構造とすることにより光路長差を少なくすると共
にＬＥＤチップ近傍の光の散乱を少なく輝度の低下を抑
制しうるものである。

【００２０】具体的な発光装置の一例として、チップタ
イプＬＥＤを図２に示す。チップタイプＬＥＤとして外
部電極を有し凹部が形成されたパッケージを用いた。凹
部内に窒化ガリウム系化合物半導体を発光層としたＬＥ
Ｄチップがエポキシ樹脂によってダイボンディングされ
ている。ＬＥＤチップの各電極と外部電極とは、それぞ
れ金線を用いてワイヤーボンディングされている。凹部
のＬＥＤチップ上に第１のコーティング部としてエポキ
シ樹脂を塗布し乾燥させた。次に第２のコーティング部
として、シリコーン樹脂の基材中に（ＲＥ1-xＳｍx）3
（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光物質を含有させたも
のを第１のコーティング部上に形成させた。

【００２１】第１のコーティングと第２のコーティング
部は、積層構成となっている。また、図２の如く第１の
コーティング部の断面端部が上がっている。そのため第
１のコーティング部の表面が、発光観測面側から見て窪
んだ凹球面状をとる。第１のコーティング部が凹球面状
をとることにより第２のコーティング部中の蛍光物質を
より中心付近に集めることが可能となる。このような形
状は、第１のコーティング部であるエポキシ樹脂の粘度
及び硬化温度・時間を制御して作成することができる。
これにより実質的な光路長差を少なくし、より色調むら
や輝度低下の少ない発光装置とすることができる。以
下、本願発明の構成部材について詳述する。 （コーティング部１０１、１０２、２０１、２０２、４
０１、４０２）本願発明のコーティング部とは、ＬＥＤ
チップを外部環境などから保護するものである。コーテ
ィング部は、ＬＥＤチップ上に設けられるものであり少
なくとも一部にＬＥＤチップからの可視光によって励起
され可視光を発光する蛍光物質を含む樹脂や硝子などで
ある。いずれにしてもコーティング部は、ＬＥＤチップ
からの可視光の行路長差を低減させることによりＬＥＤ
チップと蛍光物質からの可視光を十分混色などさせられ
るものである。特に、本願発明のコーティング部は、蛍
光物質が含有された単なる層形状としたものよりもＬＥ
Ｄチップから放出された光の光路長差がより少なくなる
ように設けられてある。また、効率よく外部に放出され
るよう多層構成とさせてある。したがって、コーティン
グ部の形状は、凸レンズ形状、種々の多層形状などが挙
げられる。また、薄膜に形成されたコーティング部を接
着させることによって形成させても良い。

【００２２】第１のコーティング部１０１と、第２のコ
ーティング部１０２の基材は、同じ材料を用いてもよい
し、異なる材料を用いてもよい。異なる材料を用いる場
合は、より外部に近い側に耐候性のある材料を用いるこ
とが好ましい。また、より内部にある材料ほど膨張の少
ない材料を用いることが好ましい。このようなコーティ
ング部を構成する具体的基材としては、エポキシ樹脂、
ユリア樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの透光
性樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、第１のコ
ーティング部及び第２のコーティング部の厚みは、それ
ぞれ同じでも良いし、異なっていても良い。蛍光物質と
しては、ＬＥＤチップからの光などを考慮して有機、無
機の染料や顔料等種々のものが挙げられる。

【００２３】第１及び／又は第２のコーティング部に
は、拡散剤、着色剤や光安定剤を含有させても良い。着
色剤を含有させることによってＬＥＤチップ及び／又は
蛍光物質からの光を所望にカットするフィルター効果を
持たせることができる。拡散剤を含有させることによっ
て指向特性を所望に調節させることができる。光安定剤
である紫外線吸収剤を含有させることによってコーティ
ング部を構成する樹脂などの劣化を抑制することができ
る。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化
チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いら
れる。光安定剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベン
ゾフェノン系、サリシレート系、シアノアクリレート
系、ヒンダードアミン系などが挙げられる。

【００２４】また、コーティング部の主材料は、モール
ド部材と同じ材料を用いてもよいし、異なる部材として
も良い。コーティング部を異なる部材で形成させた場合
においては、ＬＥＤチップや導電性ワイヤーなどにかか
る外部応力や熱応力をより緩和させることもできる。 （蛍光物質）本願発明に用いられる蛍光物質としては、
少なくとも半導体発光層から発光された可視光で励起さ
れて可視光を発光する蛍光物質をいう。ＬＥＤチップか
ら発光した可視光と、蛍光物質から発光する可視光が補
色関係などにある場合やＬＥＤチップからの可視光とそ
れによって励起され発光する蛍光物質の可視光がそれぞ
れ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場
合、ＬＥＤチップからの発光と、蛍光物質からの発光
と、を混色表示させると白色系の発光色表示を行うこと
ができる。そのため発光装置の外部には、ＬＥＤチップ
からの発光と蛍光物質からの発光とがコーティング部な
どを透過する必要がある。このような調整は、蛍光物質
と樹脂などとの比率や塗布、充填量などを種々調整す
る。或いは、発光素子の発光波長を種々選択することに
より白色を含め電球色など任意の色調を提供させること
ができる。

【００２５】さらに、第２のコーティング部内における
蛍光物質の含有分布は、混色性や耐久性にも影響する。
すなわち、第２のコーティング部の外部表面側からＬＥ
Ｄチップに向かって蛍光物質の分布濃度が高い場合は、
外部環境からの水分などの影響をより受けにくく水分な
どによる劣化を抑制しやすい。

【００２６】他方、蛍光物質の含有分布をＬＥＤチップ
からモールド部材表面側に向かって分布濃度が高くなる
と外部環境からの水分の影響を受けやすいがＬＥＤチッ
プからの発熱、照射強度などの影響がより少なく蛍光物
質の劣化を抑制することもできる。したがって、使用環
境によって種々選択することができる。このような、蛍
光物質の分布は、蛍光物質を含有する基材、形成温度、
粘度や蛍光物質の形状、粒度分布などを調整させること
によって種々形成させることができる。

【００２７】半導体発光層によって励起される蛍光物質
は、無機蛍光体、有機蛍光体、蛍光染料、蛍光顔料など
種々のものが挙げられる。具体的な蛍光物質としては、
ペリレン系誘導体やセリウム付活されたイットリウム・
アルミニウム・ガーネット蛍光体である（ＲＥ1-xＳｍ
x）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦
ｙ≦１、但し、ＲＥは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ，Ｌｕ，Ｓｃか
らなる群より選択される少なくとも一種の元素であ
る。）などが挙げられる。特に、蛍光物質として（ＲＥ
1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合
には、エネルギーバンドギャップの大きい窒化物系化合
物半導体を発光層に用いたＬＥＤチップと接する或いは
近接して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ
-2以上１０Ｗ・ｃｍ-2以下においても高効率に十分な耐
光性有する発光装置とすることができる。

【００２８】（ＲＥ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ1
2：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び
水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近
などにさせることができる。また、発光ピークも５３０
ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光
スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のＡ
ｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシ
フトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、
発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化
することで発光色を連続的に調節することが可能であ
る。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続
的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用し
て白色系発光に変換するための理想条件を備えている。

【００２９】このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓ
ｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温
で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量
論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解
液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物
と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムなどとを混合して
混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモ
ニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中
１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成し
て焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗
浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができ
る。

【００３０】本願発明の発光装置において、蛍光物質
は、２種類以上の蛍光物質を混合させてもよい。即ち、
Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる
２種類以上の（ＲＥ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ1
2：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やす
ことができる。 （ＬＥＤチップ１０３、２０３、４０３）本願発明に用
いられるＬＥＤチップとは、蛍光物質を効率良く励起で
きる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物
半導体などが好適に挙げられる。このようなＬＥＤチッ
プは、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＧａＮ等の半
導体を発光層として形成させることができる。半導体の
構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合など
を有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構
成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度に
よって発光波長を種々選択することができる。また、半
導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量
子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。

【００３１】窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場
合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガ
リウムを形成させるためにはサファイヤ基板を用いるこ
とが好ましい。このサファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ
等のバッファー層を低温で形成しその上にＰＮ接合を有
する窒化ガリウム半導体を形成させる。窒化ガリウム系
半導体は、不純物をドープしない状態でＮ型導電性を示
す。発光効率を向上させるなど所望のＮ型窒化ガリウム
半導体を形成させる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳ
ｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ま
しい。一方、Ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合
は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ等をドープさせる。

【００３２】窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｐ型ドー
パントをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ド
ーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプ
ラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させるこ
とが好ましい。エッチングなどによりＰ型半導体及びＮ
型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッ
タリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電
極を形成させる。

【００３３】次に、形成された半導体ウエハー等をダイ
ヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシン
グソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも
広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によ
って半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモ
ンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウ
エハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば
碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導
体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして
窒化ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップを形成
させることができる。

【００３４】本願発明の発光装置において白色系を発光
させる場合、蛍光物質との補色等を考慮して発光素子の
主発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好まし
く、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。Ｌ
ＥＤチップと蛍光物質との効率をそれぞれより向上させ
るためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好
ましい。なお、本願発明に主として用いられるＬＥＤチ
ップの他、蛍光物質を励起させない或いは、励起されて
も蛍光物質から可視光などが実質的に発光されない光の
みを発光するＬＥＤチップを一緒に配置させることもで
きる。この場合、白色系と、赤色や黄色などが発光可能
な発光装置とすることもできる。 （マウント・リード１０４）マウント・リード１０４
は、ＬＥＤチップ１０３を配置させると共に蛍光物質を
収容させるカップとを有することが好ましい。このよう
なカップを本願発明における開口部として機能させるこ
ともできる。ＬＥＤチップを複数設置しマウント・リー
ドをＬＥＤチップの共通電極として利用する場合におい
ては、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との
接続性を有することが好ましい。

【００３５】マウント・リードの具体的な電気抵抗とし
ては３００μΩｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、
３μΩｃｍ以下である。また、マウント・リード上に複
数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップから
の発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められ
る。具体的には、０．０１ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以
上が好ましくより好ましくは ０．５ｃａｌ／ｃｍ2／ｃ
ｍ／℃以上である。これらの条件を満たす材料として
は、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン
付きセラミック等が挙げられる。 （インナー・リード１０５）インナー・リード１０５と
しては、マウント・リード１０４上に配置されたＬＥＤ
チップ１０３と接続された導電性ワイヤーとの接続を図
るものである。マウント・リード上に複数のＬＥＤチッ
プを設けた場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しない
よう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マ
ウント・リードから離れるに従って、インナー・リード
のワイヤーボンディングさせる端面の面積を大きくする
ことなどによってマウント・リードからより離れたイン
ナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐ
ことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、
密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。

【００３６】インナー・リードの先端部を種々の形状に
形成させるためには、あらかじめリード・フレームの形
状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、或いは全
てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リー
ド上部の一部を削ることによって形成させても良い。さ
らには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向
から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを
同時に形成させることもできる。

【００３７】インナー・リードは、導電性ワイヤーであ
るボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が
良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３
００μΩｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩｃ
ｍ以下である。これらの条件を満たす材料としては、
鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキし
たアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。 （電気的接続部材１０６）電気的接続部材である導電性
ワイヤー１０６などとしては、ＬＥＤチップ１０３の電
極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱
伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．
０１ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好
ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上である。
また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの場合、好
ましくは、直径Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下であ
る。このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、
銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用
いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワ
イヤーは、各ＬＥＤチップの電極と、インナー・リード
及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング
機器によって容易に接続させることができる。 （モールド部材１０７）モールド部材１０７は、発光装
置の使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電性ワイ
ヤー１０６、蛍光物質が含有されたコーティング部１０
２などを外部から保護するために好適に設けることがで
きる。モールド部材１０７は、各種樹脂や硝子などを用
いて形成させることができる。モールド部材を所望の形
状にすることによってＬＥＤチップからの発光を集束さ
せたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることがで
きる。従って、モールド部材は複数積層した構造として
もよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さら
には、発光観測面から見て楕円形状や円形などそれらを
複数組み合わせた物などが挙げられる。また、ＬＥＤチ
ップからの光を集光させレンズ形状を採る場合において
は、発光観測面側から見て発光面が拡大されるため光源
の色調むらが特に顕著に現れる。従って、本願発明の色
むら抑制の効果が特に大きくなるものである。

【００３８】モールド部材の具体的材料としては、主と
してエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候
性に優れた透光性樹脂や硝子などが好適に用いられる。
また、モールド部材に拡散剤を含有させることによって
ＬＥＤチップからの指向性を緩和させ視野角を増やすこ
ともできる。拡散剤の具体的材料としては、チタン酸バ
リウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が
好適に用いられる。さらに、モールド部材とコーティン
グ部とを異なる部材で形成させても良い。また、屈折率
を考慮してモールド部材とコーティング部とを同じ部材
を用いて形成させることもできる。 （基板４０４）ＬＥＤチップ４０３が多数配置される高
精細、高視野角及び小型薄型ＬＥＤ表示器用の基板４０
３としては、ＬＥＤチップ４０３及び電気的接続部材な
どと蛍光物質を含有させる複数の凹状開口部を設けた導
体配線層を有するものが好適に挙げられる。このような
基板においては、複数のＬＥＤチップを直接同一基板上
に高密度実装させるとＬＥＤチップからの放熱量が多く
なる。ＬＥＤチップからの熱を十分放熱できず、また蛍
光物質を樹脂中に均一に分散させなければコーティング
部の部分的な亀裂や着色などの劣化を生じさせる場合も
ある。

【００３９】したがって、凹状開口部を設けた導体配線
層を有する基板としては、放熱性の優れ蛍光物質を含有
させたコーティング部などとの密着性が良いことが望ま
れる。このような凹状開口部を有する配線基板材料とし
ては、セラミックス基板、金属をベースにし絶縁層を介
して導体配線層を有する金属基板、熱伝導性フィラー入
り耐熱性有機樹脂基板が好適に挙げられる。これらの基
板は、凹状開口部と配線部層とを一体的に形成すること
が可能である。セラミックス基板では孔開き基板の積
層、金属基板ではプレス加工、有機樹脂基板では樹脂成
型により凹状開口部と配線部が一体化したＬＥＤ表示器
を簡易に形成させることができる。

【００４０】特に、放熱性や耐候性の点においてアルミ
ナを主としたセラミックス基板がより好ましい。具体的
には、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、
焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及
びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７
００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板、や原
料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として
６０〜４０重量％の硼珪酸硝子、コージュライト、フォ
ルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２０
０℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板等であ
る。

【００４１】このような基板は、焼成前のグリーンシー
ト段階で種々の形状をとることができる。配線は、タン
グステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダー
に含有させたものを配線パターンとして、グリーンシー
ト上などで所望の形状にスクリーン印刷などさせること
によって構成させることができる。また、開口したグリ
ーンシートを多層に張り合わせることなどによりＬＥＤ
チップや蛍光物質を含有させる開口部をも自由に形成さ
せることができる。したがって、円筒状や孔径の異なる
グリ−ンシ−トを積層することで階段状の開口部側壁な
どを形成することも可能である。このようなグリーンシ
ートを焼結させることによってセラミックス基板が得ら
れる。また、それぞれを焼結させた後、接着させて用い
てもよい。

【００４２】また、最表面のグリーンシートには、Ｃｒ
2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3などをグリーンシー
ト自体に含有させることによって形成された基板表面だ
けを暗色系にさせることができる。このような最表面を
持った基板は、コントラストが向上しＬＥＤチップや蛍
光物質の発光をより目立たせることにもなる。

【００４３】開口部に向かって広がった側壁は、更なる
反射率を向上させることができる。凹状開口部の側壁形
状は、ＬＥＤチップからの発光の損失を避けるために光
学的に反射に適した直線上のテ−パ−角ないしは曲面、
又は階段状が挙げられる。また、凹状開口部の深さは第
１のコーティング部となるスリラーや第２のコーティン
グ部となる蛍光物質を分散したスラリーが流れ出るのを
防止すると共に、ＬＥＤチップからの直射光を遮蔽しな
い範囲での角度により決められる。したがって、凹状開
口部の深さは、０．３ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ
以上２．０ｍｍ以内がより好ましい。

【００４４】基板の凹状開口部は、ＬＥＤチップ、電気
的接続部材や第１及び第２のコーティング部などを内部
に配置させるものである。したがって、ＬＥＤチップを
ダイボンド機器などで直接積載などすると共にＬＥＤチ
ップとの電気的接続をワイヤーボンディングなどで採れ
るだけの十分な大きさがあれば良い。凹状開口部は、所
望に応じて複数設けることができ、１６ｘ１６や２４ｘ
２４のドットマトリックスや直線状など種々選択させる
ことができる。凹状開口部のドットピッチが４ｍｍ以下
の高細密の場合には、砲弾型発光ダイオードランプを搭
載する場合と比較して大幅にドットピッチが縮小したも
のとすることができる。また、このような基板を用いた
ＬＥＤ表示器は、ＬＥＤチップからの放熱性に関連する
種々の問題を解決できる高密度ＬＥＤディスプレイ装置
とすることができる。ＬＥＤチップと基板底部との接着
は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的
には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが
挙げられる。また、フェースダウンＬＥＤチップなどに
より基板に設けられた配線と接着させると共に電気的に
接続させるためにはＡｇペースト、ＩＴＯペースト、カ
ーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。

【００４５】また、基板上に形成された配線には、導電
率、ＬＥＤチップや蛍光物質が配される基板底部の反射
率などを向上させるために銀、金、銅、白金、パラジウ
ムやこれらの合金を蒸着やメッキ処理などを施して形成
させることもできる。 （ＬＥＤ表示装置）本願発明の発光装置を用いたＬＥＤ
表示器の一例を示す。本願発明においては、白色系発光
装置のみを用い白黒用のＬＥＤ表示装置とすることもで
きる。白黒用のＬＥＤ表示器は、本願発明の発光装置で
ある発光ダイオードをマトリックス状などに配置したも
のや所望に応じて配置された複数の凹部を有する基板上
にＬＥＤチップ及びコーティング部を有する構成するこ
とができる。各ＬＥＤチップを駆動させる駆動回路とＬ
ＥＤ表示器とは、電気的に接続される。駆動回路からの
出力パルスによって種々の画像が表示可能なデイスプレ
イ等とすることができる。駆動回路としては、入力され
る表示データを一時的に記憶させるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏ
ｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭに記憶さ
れるデータからＬＥＤ表示器を所定の明るさに点灯させ
るための階調信号を演算する階調制御回路と、階調制御
回路の出力信号でスイッチングされて、発光装置を点灯
させるドライバーとを備える。階調制御回路は、ＲＡＭ
に記憶されるデータから発光装置の点灯時間を演算して
パルス信号を出力する。

【００４６】このような、白黒用のＬＥＤ表示器はＲＧ
Ｂのフルカラー表示器と異なり当然回路構成を簡略化で
きると共に高精細化できる。そのため、ＲＧＢの発光装
置の特性に伴う色むらなどのないディスプレイとするこ
とができる。また、消費電力を３分の１程度に低減させ
ることができるため電池電源との接続の場合は、使用時
間を延ばすことができる。さらに、従来の赤色、緑色の
みを用いたＬＥＤ表示器に比べ人間に対する刺激が少な
く長時間の使用に適している。以下、本願発明の実施例
について説明するが、本願発明は具体的実施例のみに限
定されるものではないことは言うまでもない。

【００４７】

【実施例】（実施例１）主発光ピークが４６０ｎｍのＩ
ｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ半導体を発光層としたＬＥＤチップを用
いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上に
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチ
ルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスを
キャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム
系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ド
ーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇと、を切り替え
ることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム系半導
体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とした。
サファイア基板上には、バッファー層であるＧａＮを介
して第１のコンタクト層であるＮ型導電性を有するＧａ
Ｎ、発光層であるＩｎＧａＮ、第１のクラッド層である
Ｐ型導電性を有するＡｌＧａＮ、第２のコンタクト層で
あるＰ型導電性を有するＧａＮをそれぞれ形成させてあ
る。（なお、Ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニ
ールさせてある。また、発光層の厚みは、量子効果が生
ずる程度の３ｎｍとしてある。）エッチングによりＰＮ
各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法により
各電極をそれぞれ形成させた。こうして出来上がった半
導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力によ
り分割させ発光素子として３５０μｍ角のＬＥＤチップ
を形成させた。

【００４８】一方、銀メッキした銅製リードフレームを
打ち抜きにより形成させた。形成されたリードフレーム
は、マウント・リードの先端にカップを有する。カップ
には、ＬＥＤチップをＡｇが含有されたエポキシ樹脂で
ダイボンディングした。ＬＥＤチップの各電極とマウン
ト・リード及びインナー・リードと、をそれぞれ金線で
ワイヤーボンディングし電気的導通を取った。ＬＥＤチ
ップ上にシリコーンゴムをＬＥＤチップが積置されたカ
ップ上に注入した。注入後、１２５℃約１時間で硬化さ
せ第１のコーティング部を形成させた。

【００４９】蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素
を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ
た。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミ
ニウムと混合して混合原料を得る。これにフラックスと
してフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中
１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品を得た。焼
成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後
に篩を通して形成させた。

【００５０】形成された（Ｙ0.4Ｇｄ0.6）3Ａｌ5Ｏ12：
Ｃｅ蛍光体４０重量部、エポキシ樹脂１００重量部をよ
く混合してスラリーとさせた。このスラリーをマウント
・リードのカップ内である第１のコーティング部上に注
入させた。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を１３０
℃約１時間で硬化させた。こうして図５（Ｂ）の如く、
第１のコーティング部上に厚さ約０．４ｍの蛍光物質が
含有された第２のコーティング部が形成させた。さら
に、ＬＥＤチップや蛍光物質を外部応力、水分及び塵芥
などから保護する目的でモールド部材として透光性エポ
キシ樹脂を形成させた。モールド部材は、砲弾型の型枠
の中に蛍光物質のコーティング部が形成されたリードフ
レームを挿入し透光性エポシキ樹脂を混入後、１５０℃
５時間にて硬化させた。こうして図１の如き発光装置で
ある発光ダイオードを形成させた。

【００５１】こうして得られた白色系が発光可能な発光
ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定し
た。色温度８０８０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．４
を示した。さらに、測定点を０度から１８０度まで４５
度づつ発光装置の中心上を通るように移動させ各地点に
おける色度点を測定した。また、Ｉｆ＝６０ｍＡ、Ｔａ
＝２５℃での寿命試験を行った。 （比較例１）第１のコーティング部を形成させず、第２
のコーティング部のみを用いてコーティング部を形成し
た以外は、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物
半導体であるＬＥＤチップが配置されたカップ内のみに
蛍光物質として（Ｙ0.4Ｇｄ0.6）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光
体含有樹脂を注入し硬化させた。こうして形成された発
光ダイオードの色度点及び寿命試験結果を実施例１と同
様に測定した。測定結果を実施例１と共に図６及び図７
に示す。図７においては、実施例１を基準にして表して
ある。 （実施例２）ドットマトリクス状に凹状開口部を有する
配線基板としてセラミックス基板を使用した。凹状開口
部はセラミックス基板製造時に配線層のない孔開きグリ
−ンシ−トを積層することで形成させた。１６×１６ド
ットマトリクスの凹状開口部のドットピッチを３．０ｍ
ｍ、開口部径を２．０ｍｍφ、開口部深さを０．８ｍｍ
とした。全長は４８ｍｍ角の基板とした。配線層は、タ
ングステン含有バインダーを所望の形状にスクリーン印
刷させることにより形成させた。各グリーンシートは、
重ね合わせて形成させてある。なお、表面層にあたるグ
リーンシートには、基板のコントラスト向上のために酸
化クロムを含有させてある。これを焼結させることによ
ってセラミックス基板を構成させた。配線層はドットマ
トリクスに対応したコモン、信号線を敷設し表面はＮｉ
／Ａｇメッキを施している。セラミックス基板からの信
号線の取り出しは、金属コバ−ルによる接続ピンを銀ロ
ウ接続により形成した。なお、階段状の開口部径は、下
層は１．７ｍｍφ、上層部開口部径は２．３ｍｍφであ
る。

【００５２】一方、半導体発光素子であるＬＥＤチップ
として、主発光ピークが４５０ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95
Ｎ半導体を用いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファ
イヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドー
パントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で
窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形
成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇ
と、を切り替えることによってＮ型導電性を有する窒化
ガリウム半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム半導
体を形成しＰＮ接合を形成させた。（なお、Ｐ型半導体
は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。） エッチングによりＰＮ各半導体表面を露出させた後、ス
パッタリング法により各電極をそれぞれ形成させた。こ
うして出来上がった半導体ウエハーをスクライブライン
を引いた後、外力により分割させ発光素子としてＬＥＤ
チップを形成させた。この青色系が発光可能なＬＥＤチ
ップをエポキシ樹脂で基板開口部内の所定の場所にダイ
ボンディング後、熱硬化により固定させた。その後２５
μｍの金線をＬＥＤチップの各電極と、基板上の配線と
にワイヤ−ボンディングさせることにより電気的接続を
とった。凹部内の下段には、第１のコーティング部とし
てシリコーン樹脂を注入させ１３０℃１時間で硬化させ
た。第１のコーティング部の厚みは略０．４ｍｍであっ
た。

【００５３】また、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土
類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈
させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化ア
ルミニウムと、を混合させ混合原料を得る。これにフラ
ックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰
め、空気中１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品
を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、
乾燥、最後に篩を通して形成させた。形成された（Ｙ0.
5Ｇｄ0.5）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光物質１０重量部、シリ
コーン樹脂９０重量部をよく混合してスラリーとさせ
た。このスラリーを第１のコーティング部上の上段であ
る凹状開口部内にそれぞれ注入させた。注入後、蛍光物
質が含有された樹脂を１３０℃１時間で硬化させＬＥＤ
表示器を形成させた。第２のコーティング部の厚みは
０．４ｍｍであった。また、この時のＬＥＤ表示器の厚
みはセラミックス基板の厚み２．０ｍｍしかなく、砲弾
型ＬＥＤランプ使用のディスプレイ装置と比較して大幅
な薄型化が可能であった。

【００５４】このＬＥＤ表示器と、入力される表示デー
タを一時的に記憶させるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃ
ｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭに記憶されるデータ
から発光ダイオードを所定の明るさに点灯させるための
階調信号を演算する階調制御回路と階調制御回路の出力
信号でスイッチングされて発光ダイオードを点灯させる
ドライバーとを備えたＣＰＵの駆動手段と、を電気的に
接続させてＬＥＤ表示装置を構成した。ＬＥＤ表示器近
傍においても各開口部における色調むらは確認されなか
った。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、発光素子近傍の第一の透光性
樹脂と、第一の透光性樹脂上に蛍光物質を有する第二の
透光性樹脂とすることによって発光素子から放出される
光の光路長差を実質的に低減させることによって発光装
置の色調むらを低減させると共に蛍光物質が設けられた
ことによる光の閉じこめを緩和させることができる。そ
のため、長時間の使用においても発光輝度の低下が少な
い均一光が発光可能な発光装置などとすることができ
る。本願発明の請求項１に記載の構成とすることによ
り、発光装置とすることによって、高視野角においても
混色に伴う色調むらが少なく、信頼性が高い発光装置と
することができる。また、より安定した色調を有する発
光装置とすることができる。より高細密且つ薄膜に形成
可能であると共に安定して発光可能な発光装置とするこ
とができる。

【００５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本願発明の発光装置を示した概略断
面図である。

【図２】 図２は、本願発明の別の発光装置を示した概
略断面図である。

【図３】 図３は、本願発明の発光装置を応用したＬＥ
Ｄ表示器の概略模式図である。

【図４】 図４は、図３のＡ−Ａ断面における部分的な
模式的断面図である。

【図５】 図５は、本願発明の作用を説明するための模
式的断面図であり、図５（Ａ）は、比較のために示した
発光装置の断面図であり、図５（Ｂ）は、本願発明の模
式的断面図である。

【００５７】

【図６】 図６は、実施例１と比較例１の色調むらを表
す図面であって、実線が実施例１であり、破線が比較例
１を示す。

【００５８】

【図７】 図７は、実施例１と比較例１の寿命試験結果
を表すグラフであって、実線が実施例１であり、破線が
比較例１を示す。

【符合の説明】

１０１、２０１、４０１・・・第１のコーティング部 １０２、２０２、４０２・・・第２のコーティング部 １０３、２０３、４０３・・・ＬＥＤチップ １０４・・・マウント・リード １０５・・・インナー・リード １０６、２０６・・・電気的接続部材 １０７・・・モールド部材 ２０４・・・外部電極 ２０７・・・パッケージ ４０４・・・基板 ４０５・・・導体配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 勇人 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化 学工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、該発光素子を被覆する第一
   の透光性樹脂と、前記発光素子及び第一の透光性樹脂の
   上に配置され蛍光物質が含有された第二の透光性樹脂
   と、前記発光素子と電気的に接続された配線部とを有す
   る発光装置。
2. 【請求項２】 発光素子からの可視光と、該発光素子か
   らの可視光を吸収して異なる可視光を発する蛍光物質か
   ら光との混色光を発光する発光装置の形成方法であっ
   て、前記発光素子を第一の透光性樹脂で被覆する工程
   と、前記発光素子及び第一の透光性樹脂の上に蛍光物質
   が含有された第二の透光性樹脂を形成する工程とを有す
   る発光装置の形成方法。
3. 【請求項３】 マウントリードのカップ内に配置させた
   発光素子と、該発光素子を被覆する第一の透光性樹脂
   と、該第一の透光性樹脂上に前記発光素子からの可視光
   を吸収して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する
   第二の透光性樹脂と、該第二の透光性樹脂を被覆するモ
   ールド樹脂とを有する砲弾型発光ダイオード。
4. 【請求項４】 凹状開口部内に配置させた発光素子と、
   前記凹部内の発光素子を被覆する第一の透光性樹脂と、
   該第一の透光性樹脂上に前記発光素子からの可視光を吸
   収して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する第二
   の透光性樹脂とを有するチップタイプＬＥＤ。
5. 【請求項５】 前記発光素子が可視光を発光すると共に
   前記蛍光物質が発光素子からの可視光を吸収して異なる
   可視光を発光し、前記発光素子及び蛍光物質からの混色
   光を第二の透光性樹脂から発光する請求項１、請求項３
   又は請求項４に記載の発光装置。
6. 【請求項６】 前記発光素子が窒化物系化合物半導体か
   らなると共に、前記蛍光物質がセリウムで付活されたイ
   ットリウム・アルミニウム・ガーネットからなる請求項
   ５に記載の発光装置。
7. 【請求項７】 前記第一及び第二の透光性樹脂は凸レン
   ズ形状或いは薄膜形状である請求項１に記載の発光装
   置。