JP2001024238A - 多色発光ダイオード - Google Patents

多色発光ダイオード

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JP2001024238A JP19344199A JP19344199A JP2001024238A JP 2001024238 A JP2001024238 A JP 2001024238A JP 19344199 A JP19344199 A JP 19344199A JP 19344199 A JP19344199 A JP 19344199A JP 2001024238 A JP2001024238 A JP 2001024238A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 白色発光を含む多色発光ダイオードにおい
て、発光輝度を低下させることなく簡易な手段で白色発
光を得ると共に、電流消費量を低く抑えることである。 【解決手段】 ガラスエポキシ基板２２上に第１及び第
２の発光ダイオード素子３１，３２を搭載し、これら発
光ダイオード素子３１，３２を単独で若しくは複数を同
時に発光させてなる多色発光ダイオードにおいて、前記
第１及び第２の発光ダイオード素子３１，３２のうち、
少なくとも一つが窒化ガリウム系化合物半導体によって
形成された青色発光ダイオード素子であり、この青色発
光ダイオード素子の裏面側に蛍光材含有接着層４０を設
けてガラスエポキシ基板２２に固定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、台座上に複数の発
光ダイオード素子を搭載し、発光ダイオード素子を単独
で若しくは複数を同時に発光させてなる多色発光ダイオ
ードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の多色発光ダイオードとしては、赤
色、青色、緑色の各発光ダイオードの内、２色又は３色
を組合せたハイブリッド型のものが知られている。図９
に示したものは表面実装型の２色発光ダイオード１であ
り、台座となるガラスエポキシ基板２（以下ガラエポ基
板という）上に種類の異なる２つの発光ダイオード素子
３，４が搭載され、その上方を樹脂封止体５によって保
護されたものである。ガラエポ基板２の上面には上記２
つの発光ダイオード素子３，４を載置固定するためのカ
ソード電極６ａ，６ｂと、各発光ダイオード素子３，４
をボンディングワイヤ７によって接続するアノード電極
８ａ，８ｂが設けられている。
【０００３】上記の２色発光ダイオード１において、２
つの発光ダイオード素子３，４を青色と赤色で構成した
場合には、青色又は赤色を片方ずつ単色発光させること
ができる他、両者を同時に発光させることで様々な混色
発光が得られ、発光ダイオード素子３，４の電流値を制
御することで発光色度を調整することができる。
【０００４】ところで、多色発光ダイオードにおいて白
色発光を得ようとする場合には、例えば上記図９で示し
た発光ダイオード素子３，４の内、一方を窒化ガリウム
系化合物半導体からなる青色発光ダイオード素子で構成
し、樹脂封止体５の中にイットリウム化合物等の蛍光材
（黒点で表示）を分散させることで白色発光を得ること
ができる。即ち、青色の発光ダイオード素子３を発光さ
せると、四方八方に放射される青色発光が樹脂封止体５
に分散されている蛍光材を励起し、波長変換することで
白色発光が得られるものである。
【０００５】また、図１０に示したようなフルカラー発
光ダイオード１０によっても白色発光を得ることができ
る。これは台座１１の上面に赤色、青色、緑色を発光す
る３種類の発光ダイオード素子１２，１３，１４を載置
すると共に、この発光ダイオード素子１２，１３，１４
と各電極端子１５，１６，１７とを接続し、これら発光
ダイオード素子１２，１３，１４の上方を砲弾形の樹脂
封止体１８によって保護した構造のものである。このよ
うな構成からなるフルカラー発光ダイオード１０にあっ
ては、赤、青、緑の単色発光を得ることができることは
勿論、組み合わせによってほとんど全ての色度を表示す
ることができ、電流値を微妙に制御することで白色発光
も得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の２色発光ダイオード１にあっては、樹脂封止体５の
中に分散された蛍光材によって光の透過率が低下してし
まい、白色発光のみならず他方の発光ダイオード素子４
から発光される赤色の輝度も低下し、くすんだ色になっ
てしまうといった問題があった。また、前者の場合には
発光ダイオード素子３，４の上方を被覆する樹脂封止体
５の全体に蛍光材が分散しているために、青色波長の発
光ダイオード素子３を用いた場合には全て白色に波長変
換してしまうことから、青色自体を発光させることがで
きなかった。
【０００７】一方、後者のフルカラー発光ダイオード１
０にあっては、白色発光させるためには３色の発光ダイ
オード素子１２，１３，１４の各電流値を微妙に制御し
なければならず、制御回路が複雑になると共に、高輝度
の白色発光を安定的に発光させるのが難しい。また、白
色発光させるためには３色の発光ダイオード素子１２，
１３，１４を同時に発光させなければならないために、
電流消費量が大きくなってしまうといった問題もあっ
た。
【０００８】そこで、本発明の目的は、白色発光を含む
多色発光ダイオードにおいて、発光輝度を低下させるこ
となく、簡易な手段で白色発光を得ることができ、且つ
電流消費量の少ない多色発光ダイオードを提供すること
にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、台座上
に複数の発光ダイオード素子を搭載し、発光ダイオード
素子を単独で若しくは複数を同時に発光させてなる多色
発光ダイオードにおいて、前記複数の発光ダイオード素
子のうち、少なくとも一つが窒化ガリウム系化合物半導
体によって形成された青色発光ダイオード素子であり、
この青色発光ダイオード素子の裏面側に蛍光材含有層を
設けたことを特徴とする。
【００１０】また、本発明の請求項２に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層に含まれている蛍光材が、イ
ットリウム化合物であることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の請求項３に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層が、接着剤の中に蛍光材を分
散させたものであり、この蛍光材含有接着層によって発
光ダイオード素子の裏面を台座に固定したことを特徴と
する。
【００１２】また、本発明の請求項４に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有接着層の周囲が、前記台座の上
面に設けられた堰によって囲まれていることを特徴とす
る。
【００１３】また、本発明の請求項５に係る発光ダイオ
ードは、前記堰が、前記台座の上面に設けられた板状電
極に形成され、この板状電極に開設された蛍光材含有接
着層充填用の孔の内周縁であることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の請求項６に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有層が接着剤とは分離して形成さ
れ、台座の上面には蛍光材含有樹脂層と接着剤層とが層
状に形成されることを特徴とする。
【００１５】また、本発明の請求項７に係る発光ダイオ
ードは、前記蛍光材含有樹脂層が、台座の上面に蛍光材
含有塗料を印刷塗布するか又は蛍光材含有シートを貼付
することによって形成されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
に係る多色発光ダイオードの実施の形態を詳細に説明す
る。図１及び図２は、表面実装型の多色発光ダイオード
に適用した場合の実施例を示したものである。この実施
例に係る多色発光ダイオード２１は、台座となる矩形状
のガラスエポキシ基板２２の上面にカソード電極２３
ａ，２３ｂとアノード電極２４ａ，２４ｂがパターン形
成され、各スルーホール２５ａ，２５ｂ及び２６ａ，２
６ｂによって裏側に回り込んだ下面電極がマザーボード
２７上のプリント配線２８，２９に半田３０で固定され
ることによって表面実装を実現するものである。
【００１７】前記ガラエポ基板２２の上面に形成された
一対のカソード電極２３ａ，２３ｂ上には第１の発光ダ
イオード素子３１と第２の発光ダイオード素子３２がそ
れぞれ搭載されている。第１の発光ダイオード素子３１
は窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色発光素子で
あり、図３に示したように、サファイヤ基板３３の上面
にｎ型半導体層３４とｐ型半導体層３５を成長させた構
造である。ｎ型半導体層３４及びｐ型半導体層３５は電
極３６，３７を備えており、前記カソード電極２３ａ及
びアノード電極２４ａにボンディングワイヤ３８，３９
によって接続されている。
【００１８】また、第１の発光ダイオード素子３１は、
その裏面側に設けた蛍光材含有接着層４０を介してカソ
ード電極２３ａの上面に接着されている。この蛍光材含
有接着層４０は、図３に示したように、絶縁性の接着剤
４１をベースとしてその中に適当量の蛍光材４２を均一
に分散させたものである。これをカソード電極２３ａの
上面に所定の厚さになるように塗布し、その上に発光ダ
イオード素子３１を載せ置き、接着剤４１を加熱固化す
ることで、第１の発光ダイオード素子３１の裏面がカソ
ード電極２３ａの上面に固定される。
【００１９】上記蛍光材４２は、第１の発光ダイオード
素子３１からの発光エネルギによって励起され、短波長
可視光を長波長可視光に変換するものであり、例えばイ
ットリウム化合物等の蛍光物質が用いられる。そのた
め、第１の発光ダイオード素子３１からの青色発光は、
波長変換によって黄色に変換され四方八方に発光し、青
色発光との混色によって白色に見える。
【００２０】一方、第２の発光ダイオード素子３２は、
リン化ガリウムアルミニウムインジウム系化合物半導体
（ＧａＡｌＩｎＰ）を材料とした赤色発光ダイオード素
子であり、カソード電極２３ｂの上に導電性接着剤４３
を介して固定され、その上面電極とアノード電極２４ｂ
とがボンディングワイヤ４４によって接続されている。
【００２１】図１及び図２に示したように、ガラエポ基
板２２の上面に並んで配置された発光ダイオード素子３
１，３２の上方は、透明の樹脂封止体４５によって保護
されている。この樹脂封止体４５は、エポキシ樹脂を主
成分としたものであり、カソード電極２３ａ，２３ｂの
スルーホール部２５ａ，２５ｂおよびアノード電極２４
ａ，２４ｂのスルーホール部２６ａ，２６ｂを残してガ
ラエポ基板２２の上面に直方体形状に形成されている。
【００２２】従って、上記実施例における多色発光ダイ
オード２１にあっては、第１の発光ダイオード素子３１
に電流が流れると、ｎ型半導体層３４とｐ型半導体層３
５との境界面で青色発光し、この青色発光が上方、側方
及び下方へ青色光４６として発光する。特に下方側へ発
光した青色光４６は蛍光材含有接着層４０の中に分散さ
れている蛍光材４２に当たって励起され、波長変換を受
けて四方八方に黄色光４７として発光する。そして、こ
の黄色光４７が前記第１の発光ダイオード素子３１の上
方及び側方へ発光した青色光４６と混色し、多色発光ダ
イオード２１を見た時に白色発光として認識される。第
１の発光ダイオード素子３１の上方は、直方体形状の樹
脂封止体４５によって保護され、前述の青色光４６及び
波長変換された黄色光４７がこの中を直進するが、この
樹脂封止体４５がエポキシ系の透明樹脂を主成分として
おり、従来と異なって蛍光材を含まないので光の透過率
が良く、結果的に白色発光の輝度アップが図られること
になる。また、この実施例では第１の発光ダイオード素
子３１に電流を流すだけで白色発光が得られるので、従
来のように複数の発光ダイオード素子の混色によって白
色発光を得る場合に比べて電流消費量が格段に少なくて
済む。
【００２３】一方、赤色発光を得る場合には、第２の発
光ダイオード素子３２に電流を流すことで得られるが、
樹脂封止体４５が透明であることから光の透過率が低下
することなく高輝度の赤色発光が得られる。
【００２４】図４は、本発明の第２実施例を示したもの
であり、第２の発光ダイオード素子３２を前記実施例に
おける赤色発光から青色発光のものに代え、これをカソ
ード電極２３ｂの上に載置したものである。この青色の
発光ダイオード素子３２は、第１の発光ダイオード素子
３１と同じ窒化ガリウム系化合物半導体を材料としたも
のである。従って、カソード電極２３ｂの上面には絶縁
性の接着剤４１を介して固定され、カソード電極２３ｂ
及びアノード電極２４ｂとはそれぞれボンディングワイ
ヤ３８，３９で導通が図られている。なお、その他の構
成は前記第１実施例と同様であるので、詳細な説明は省
略する。
【００２５】この実施例にあっては、第１の発光ダイオ
ード素子３１は上記実施例と同様、白色発光が得られる
一方、第２の発光ダイオード素子３２に電流を供給した
ときには青色発光が得られる。このように、全く同じ形
態の発光ダイオード素子を搭載しながら、青色と白色の
２色発光を容易に得ることができる。
【００２６】図５は、本発明の第３実施例を示したもの
である。この実施例に係る多色発光ダイオードはフルカ
ラーのものであるが、従来とは異なって４つの発光ダイ
オード素子によってあらゆる色を表現することが可能で
ある。即ち、白色発光を第１の発光ダイオード素子３１
によって発光させ、白色以外のあらゆる色を第２、第
３、第４の発光ダイオード素子３２，５０，５１の組み
合わせによって表示する構成である。横長のガラエポ基
板２２上にカソード電極２３ａ〜２３ｄとアノード電極
２４ａ〜２４ｄを４列に並べて形成し、カソード電極２
３ａ〜２３ｄ上に第１〜第４の発光ダイオード素子３
１，３２，５０，５１を順に搭載したものである。この
実施例では第１〜第４の発光ダイオード素子３１，３
２，５０，５１が白色、緑色、青色、赤色の発光ダイオ
ード素子であり、第１〜第３の発光ダイオード３１，３
２，５０は、いずれも窒化ガリウム系化合物半導体を材
料とし、第４の発光ダイオード素子５１はリン化ガリウ
ムアルミニウムインジウム系化合物半導体を材料として
いる。
【００２７】前記第１の発光ダイオード３１は、蛍光材
含有接着層４０によってカソード電極２３ａの上面に固
着され、第２及び第３の発光ダイオード素子３２，５０
は絶縁性の接着剤４１によってカソード電極２３ｂ，２
３ｃの上面に固着されている。また、第４の発光ダイオ
ード素子５１は導電性接着剤４３によってカソード電極
２３ｄの上面に固着されている。なお、第１〜第３の発
光ダイオード素子３１，３２，５０は、各カソード電極
２３ａ，２３ｂ，２３ｃとボンディングワイヤ３８によ
って接続され、また、アノード電極２４ａ，２４ｂ，２
４ｃ，２４ｄとは第４の発光ダイオード素子５１も含め
てボンディングワイヤ３９，４４によって接続されてい
る。第１〜第４の発光ダイオード素子３１，３２，５
０，５１の上方は、一体に成形した樹脂封止体４５によ
って保護されている。
【００２８】従って、この実施例ではそれぞれの発光ダ
イオード素子３１，３２，５０，５１を単色発光できる
ことは勿論、緑色、青色、赤色を発光する第２〜第４の
発光ダイオード素子３２，５０，５１の電流値を制御す
ることであらゆる色を発光させることができると共に、
白色発光は第１の発光ダイオード素子３１を単色発光さ
せることで得られ、従来のフルカラー発光ダイオードの
ように、微妙な電流制御を行う必要がない。
【００２９】図６及び図７は、上記実施例１乃至３にお
いて、第１の発光ダイオード素子３１の裏面側に設けら
れた蛍光材含有接着層４０の厚みを確保する場合の実施
例である。この実施例では上記カソード電極２３ａに第
１の発光ダイオード素子３１の平面形状より少し小さめ
の角孔５２を開設し、この角孔５２内に上記蛍光材含有
接着層４０を充填すると共に、その上に第１の発光ダイ
オード素子３１を載置して固定したものである。この実
施例では、蛍光材含有接着層４０を角孔５２内に充填し
た時に、角孔５２の内周縁５３が堰の役目をして蛍光材
含有接着層４０の流れ出しを防ぐので、所定の厚みを確
保することができると共に、第１の発光ダイオード素子
３１の下面全体に亘って均一な厚みを確保することがで
きる。
【００３０】図８は、前記実施例１乃至３において、蛍
光材含有接着層４０の接着剤４１と蛍光材４２とを分離
し、透明樹脂材の中に上述の蛍光材４２を分散させてガ
ラエポ基板２２の上面に印刷塗布し、蛍光材含有樹脂層
５４を形成すると共に、その上に透明の接着剤４１を塗
布して２層構造としたものである。蛍光材含有樹脂層５
４は、重ね刷りなどによって所定の厚みに形成すること
ができる。この実施例にあっては、第１の発光ダイオー
ド素子３１から裏面側に向かう青色発光は、接着剤４１
を通過して蛍光材含有樹脂層５４内に分散された蛍光材
４２に当たって励起され、黄色発光に波長変換されて四
方八方に発光するが、蛍光材含有樹脂層５４の厚みを大
きく確保することができると共に厚みの調整が容易であ
るため、青色発光との混色度合いを調整し易いといった
メリットがある。なお、蛍光材含有樹脂層５４を、蛍光
材含有シートによって形成することもできる。
【００３１】なお、上記いずれの実施例も、図２に示し
たように、マザーボード２７上のプリント配線２８，２
９に直接表面実装されるチップ型の発光ダイオードにつ
いて説明したものであるが、この発明の多色発光ダイオ
ードは、従来例で説明したリードフレーム型のものにも
適用することができる。即ち、複数の発光ダイオード素
子が載置される台座の一部に蛍光材含有接着層を塗布
し、その上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色
の発光ダイオード素子を固着することで、砲弾形の樹脂
封止体の中に蛍光材を分散させなくても白色発光を含む
高輝度の多色発光を得ることができる。
【００３２】また、上記いずれの実施例も発光ダイオー
ド素子と電極をボンディングワイヤによって接続した場
合について説明したが、この発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば半田バンプを用いたフリップチップ
実装などの接続方法も含まれるものである。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る多色
発光ダイオードによれば、台座上に搭載した複数の発光
ダイオード素子のうち、少なくとも一つが窒化ガリウム
系化合物半導体によって形成された青色発光ダイオード
素子であり、この青色発光ダイオード素子の裏面側に蛍
光材含有層を設けることで白色発光を得るようにしたの
で、従来のように樹脂封止体の中に波長変換用の蛍光材
を分散させて白色発光を得たり、フルカラー発光ダイオ
ードのように３個の発光ダイオード素子の微妙な電流制
御によって白色発光を得るのとは異なって、発光輝度の
低下を招くことがなく、白色以外の発光も高輝度が保た
れる。また、微妙な電流制御を必要とせずに簡易な手段
で白色発光を得ることができると共に電流消費量も少な
くて済む。更に、本発明によれば、白色発光と青色発光
の組み合わせによる２色発光ダイオードも容易に提供す
ることができる。
【００３４】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、蛍光材を接着剤の中に分散させたことで、発光ダイ
オード素子を接着する工程の中で一緒に蛍光材の配置が
可能となり、工程的にも有利となる。
【００３５】また、本発明に係る発光ダイオードによれ
ば、堰を設けてその中に蛍光材含有層を配置したり、蛍
光材含有層を印刷やシートによって形成したことで、蛍
光材含有層の厚みを確保できると共に、その厚みを任意
に調整できるといった効果がある。
【００３６】また、本発明に係る発光ダイオードは、表
面実装タイプのチップ型発光ダイオードとして最適であ
り、量産性にも優れた構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多色発光ダイオードの第１実施例
を示す斜視図である。
【図２】上記発光ダイオードをマザーボードに実装した
時の上記図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】上記発光ダイオードにおいて、発光ダイオード
素子の裏面側での波長変換の原理を示す図である。
【図４】本発明に係る多色発光ダイオードの第２実施例
を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る多色発光ダイオードの第３実施例
を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る多色発光ダイオードにおいて、カ
ソード電極の一部に堰を設けた場合の部分斜視図であ
る。
【図７】上記堰を設けた場合の多色発光ダイオードの断
面図である。
【図８】本発明に係る多色発光ダイオードにおいて、蛍
光材含有樹脂層と接着剤層とを分離して２層構造とした
場合の断面図である。
【図９】従来における表面実装型の多色発光ダイオード
の一例を示す斜視図である。
【図１０】従来におけるリードフレーム型の多色発光ダ
イオードの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ 多色発光ダイオード ２２ ガラスエポキシ基板（台座） ３１ 第１の発光ダイオード素子 ３２ 第２の発光ダイオード素子 ４０ 蛍光材含有接着層（蛍光材含有層） ４１ 接着剤 ４２ 蛍光材 ５０ 第３の発光ダイオード素子 ５１ 第４の発光ダイオード素子 ５３ 角孔の内周縁（堰） ５４ 蛍光材含有樹脂層（蛍光材含有層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 25/04 Ｈ０１Ｌ 25/04 Ｚ 25/18 (72)発明者 土屋 康介 山梨県富士吉田市上暮地１丁目23番１号 株式会社シチズン電子内 Ｆターム(参考） 4H001 XA07 XA13 XA15 XA31 XA39 XA49 5F041 AA11 CA40 CB36 DA02 DA07 DA09 DA20

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 台座上に複数の発光ダイオード素子を搭
    載し、発光ダイオード素子を単独で若しくは複数を同時
    に発光させてなる多色発光ダイオードにおいて、 前記複数の発光ダイオード素子のうち、少なくとも一つ
    が窒化ガリウム系化合物半導体によって形成された青色
    発光ダイオード素子であり、この青色発光ダイオード素
    子の裏面側に蛍光材含有層を設けたことを特徴とする多
    色発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 前記蛍光材含有層に含まれている蛍光材
    が、イットリウム化合物であることを特徴とする請求項
    １記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記蛍光材含有層が、接着剤の中に蛍光
    材を分散させたものであり、この蛍光材含有接着層によ
    って発光ダイオード素子の裏面を台座に固定したことを
    特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記蛍光材含有接着層の周囲が、前記台
    座の上面に設けられた堰によって囲まれていることを特
    徴とする請求項３のいずれか記載の発光ダイオード。
  5. 【請求項５】 前記堰が、前記台座の上面に設けられた
    板状電極に形成され、この板状電極に開設された蛍光材
    含有接着層充填用の孔の内周縁であることを特徴とする
    請求項４記載の発光ダイオード。
  6. 【請求項６】 前記蛍光材含有層が接着剤とは分離して
    形成され、台座の上面には蛍光材含有樹脂層と接着剤層
    とが層状に形成されることを特徴とする請求項１又は２
    記載の発光ダイオード。
  7. 【請求項７】 前記蛍光材含有樹脂層が、台座の上面に
    蛍光材含有塗料を印刷塗布するか又は蛍光材含有シート
    を貼付することによって形成されることを特徴とする請
    求項６記載の発光ダイオード。
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