JP2002170999A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

発光装置及びその製造方法

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芳文 永井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は半導体発光素子及び蛍光体を利用し
た発光装置に係わり、特に、高輝度且つ色バラツキの少
ない発光装置を提供することを目的とする。 【解決手段】上記目的を達成するために本発明は、可視
光が発光可能な半導体発光素子と、半導体発光素子から
の発光を吸収しこの発光よりも長波長の可視光を発光す
る蛍光体とを有する発光装置であって、半導体発光素子
は少なくとも同色系が発光可能な半導体発光素子を2個
以上有すると共に、半導体発光素子はそれぞれ同色系の
半導体発光素子を一定の波長範囲ごとに分類した複数の
発光波長域のうち、主発光波長が第1の発光波長域内で
ある半導体発光素子群から選択された第1の半導体発光
素子と、第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側
にある第2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択
された第2の半導体発光素子である発光装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本願発明は、LED(light em
itting diode)やLD(laser diode)などの半導体発
光素子及び蛍光体を利用した発光装置に係わり、特に、
高輝度且つ色バラツキの少ない発光装置を提供すること
にある。
【0002】
【従来技術】 今日、発光層に窒化物半導体(代表的に
は、InxGayAl1-x- yN、0≦x≦1、0≦y≦
1、0≦x+y≦1)を用いた半導体発光素子であるL
EDチップと、このLEDチップをLEDチップから放
出される青色光を吸収して補色となる黄色光などが発光
可能な蛍光体を含有させた樹脂で被覆することにより白
色などが発光可能な発光装置である発光ダイオードが開
発された。
【0003】このような発光ダイオードは、1チップ2
端子で白色を発光することができる。電球や蛍光灯と比
べ小型で発熱が少なく比較的簡単な構成とすることがで
きる。特に、冷陰極管とは異なりインバーターを必要と
せず、Hgを使用しないため環境に優しいといわれてい
る。また、振動に強く電球のように玉切れがない、低消
費電力など優れた特徴を持っていることから液晶のバッ
クライト、各種照明やインジケーターなど種々の分野で
急速に利用され始めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、使用分
野の広がりと共により高輝度化が求められており、上記
構成の発光ダイオードでは十分でなく更なる出力向上が
求められている。他方、発光ダイオードを導光板の端面
に設けて液晶のバックライトなどに応用する場合は、発
光ダイオードがマクロ的に点光源としてみなされるため
複数個用いる場合がある。この場合、混色光の白色は色
彩感覚として人間の目に敏感であり少しの色ズレでも判
別することができることから色調の均一性がとくに求め
られる。
【0005】しかし、発光ダイオードに用いられる半導
体は、その形成条件が極めて難しく原料ガス流量や基板
温度、不純物濃度のわずかの差で発光特性などにバラツ
キが生ずる。2インチ程度の半導体ウエハーから数万個
にも及ぶLEDチップを形成させるために発光輝度など
を選出させ、各製品ごとに分類して調整させた発光ダイ
オードを使用することは実質上極めて難しい。仮に各発
光ダイオードの各特性を揃えたものだけを用いて形成さ
せたとしても極めて歩留まりの悪い製品となってしま
う。
【0006】特に、半導体発光素子の特性バラツキと比
較すると使用する蛍光体の特性バラツキは極めて小さ
く、特に形成された各蛍光体の励起スペクトルはほぼ一
定値として扱われるため、LEDチップなどの発光スペ
クトルが異なると蛍光体に吸収されるLEDチップの波
長が大きく異なる場合がある。このため、LEDチップ
から放出される出力は同等であるにもかかわらず、発光
ダイオードの蛍光体から放出される輝度が異なることと
なる。また、半導体発光素子は電流値及び/又は駆動温
度によっても発光スペクトルがシフトするため、この特
性が大きく異なると同様に電流値及び/又は温度によっ
て色ズレを生ずる場合もある。
【0007】さらに、LEDチップからの発光スペクト
ルと蛍光体からの光の混色光を利用した発光ダイオード
の場合、蛍光体に吸収されなかったLEDチップからの
残りの発光スペクトルも混色発光に利用される。そのた
め、蛍光体の輝度ずれに伴う色調ズレだけでなく、蛍光
体によって部分的に吸収されたLEDチップからの残り
の発光スペクトルの成分も変化する。そのためLEDチ
ップの波長がずれるとLEDチップからの波長ずれ以上
に発光ダイオードから放出される発光スペクトルの色調
や輝度が大きく変わる場合がある。そのため、狙った色
調の発光ダイオードを形成させることができず、歩留ま
りが低下するという問題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願発明は上述の問題を
解決するために、可視光が発光可能な半導体発光素子(1
01、111、201、211、301、3111、401、411)と、半導体
発光素子からの発光を吸収しこの発光よりも長波長の可
視光を発光する蛍光体とを有する発光装置であって、半
導体発光素子は少なくとも同色系が発光可能な半導体発
光素子(101、111、201、211、301、311、401、411)を2
個以上有すると共に、半導体発光素子はそれぞれ同色系
の半導体発光素子を一定の波長範囲ごとに分類した複数
の発光波長域のうち、主発光波長(主波長とも呼ぶ。)
が第1の発光波長域内である半導体発光素子群から選択
された第1の半導体発光素子(101、201、301、401)と、
第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第
2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第
2の半導体発光素子(111、211、311、411)を用いた発光
装置である。
【0009】これによって、1チッフ゜の発光素子で発光さ
せた発光装置と比較させた場合、同じ出力にさせるには
一個当たりの半導体発光素子から放出される光の出力を
抑制し、一チップで発光させた場合よりも光の密度を少
なくし、ひいてはモールド樹脂の劣化等を抑制すること
ができる。選択された半導体発光素子を利用して組み合
わせて発光装置を形成させているため、輝度むらや色調
むらの少ない極めて均一な発光装置を量産性よく形成さ
せることができる。
【0010】また、本発明の請求項2に記載の発光装置
の製造方法は、可視光が発光可能な半導体発光素子と、
半導体発光素子からの発光を吸収しこの発光よりも長波
長の可視光を発光する蛍光体とを有する発光装置の製造
方法である。特に、同色系の半導体発光素子を一定の発
光波長領域範囲ごとに複数の発光波長域に分類する工程
と、分類された主発光波長が第1の発光波長域内である
半導体発光素子群から選択された第1の半導体発光素子
を選択する工程と、第1の発光波長域よりも主発光波長
が長波長側にある第2の発光波長域内の半導体発光素子
群から選択された第2の半導体発光素子を選択する工程
と、少なくとも前記第1の半導体発光素子と前記第2の
半導体発光素子を用いる。これによって、比較的簡単に
発光輝度及び色調の揃った発光ダイオードなどを歩留ま
りよく形成させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本願発明者は、種々の実験の結
果、蛍光体を利用した発光ダイオードなどにおいて、特
定の関係を有する半導体発光素子を2個以上利用するこ
とによって、発光輝度、色調むらや輝度劣化などのない
発光装置とできることを見出し本願発明を成すに至っ
た。
【0012】即ち、蛍光体の特性バラツキは、半導体発
光素子の特性バラツキに比べて少ない。そのため、蛍光
体から放出される発光スペクトルなどの変動は、半導体
発光素子に比べて小さい。本発明はバラツキの多い同色
系のLEDチップなどを一定の発光波長ごとに複数分類
し所望の発光波長域を挟んで両端域にあるLED群から
選択されたLEDを組み合わせて混色発光させる。これ
により各LEDチップ自体に製造上生ずるバラツキをキ
ャンセルし比較的均一な主発光波長を有する発光ダイオ
ードなどを歩留まり良く形成することができるものであ
る。
【0013】特に蛍光体の発光波長にバラツキは少ない
ものの、蛍光体の励起スペクトルと発光素子の発光スペ
クトルとの重なり程度によっては、蛍光体からの発光輝
度が変動する場合がある。そのため、発光素子と蛍光体
との混色を利用する場合は、単に発光素子同士のバラツ
キだけでは済まない場合もある。したがって、各半導体
発光素子をそれぞれ独立に駆動させると、各半導体発光
素子の発光出力や点灯時間を各々独立に制御することに
よって、より詳細に色調を補正することもできる。
【0014】具体的一例としては、SiC基板上に窒化
ガリウムを形成させた青色が発光可能な半導体発光素子
として主発光波長が461nmから482nm内にある
ものを利用する。LEDチップの主発光波長を7nmの
範囲ごとに3段階に分類する。第1の分類を主発光波長
が461nm以上468nm未満の発光波長域内にある
LEDチップ群Aに設定する。第2の分類を主発光波長
が468nm以上475nm未満の発光波長域内にある
LEDチップ群Cに分類する。第3の分類を主発光波長
が475nm以上482nm以下の発光波長域内にある
LEDチップ群Bに分類する。このような分類は発光波
長分別機などによって比較的簡単に分けることができ
る。通常、形成された各LEDチップの分布をとると正
規分布をとるため、正規分布の最も数が多いところを分
類Cとすると、分類されたA、B、Cの各LEDチップ
群のうちLEDチップ群Cから選択されたLEDチップ
は、LEDチップ群Cから選択されたLEDチップ同士
を2個用いて発光ダイオードを形成することにより量産
性が向上する。
【0015】即ち、図2で示す如くリード電極(206)
を構成するマウントリード(206)先端のカップ内にLE
Dチップ群Cから選択されたLEDチップ(201、211)を
Agペースト(204)などによってダイボンドする。マ
ウントリードのカップ内にはLEDチップ群Cからそれ
ぞれ選択された2個のLEDチップが配置される。マウ
ントリードと対向する2つのインナーリード(207、208)
と各LEDチップの他方の電極とそれぞれ金線(203、21
3)などによりワイヤーボンディングしてある。なお、図
1の如く、各LEDチップ(101、111)は並列接続させ
てもよいし、pn極性の異なる(例えば、一方のLEDチ
ップの基板はn型導電性を示し、他方のLEDチップの
基板はp型導電性を示す。)LEDチップを用いて直列
接続させてもよい。図2では各LEDチップ(201、211
1)を独立に駆動できるように2つのインナーリード(2
07、208)とLEDチップとをそれぞれ電気的に独立に
接続させてある。
【0016】次に、エポキシ樹脂中にLEDチップから
の青色光を吸収して、補色となる黄色の蛍光を放出する
蛍光体としてYAG:Ceなどを含有させたもの(20
2)を各リード電極と電気的に接続させたLEDチップ
上に配置させる。なお、このエポキシ樹脂には光拡散作
用やチキソトロピー性を持たすために酸化珪素などを含
有させてもよい。色調を調整させるために着色材を含有
させてもよい。また、蛍光体はYの一部をGdに置換さ
せてもよいし、Alの一部をInやGaで置換させても
よい。更に、Ceに加えてTbなどの附活剤を含有させ
てもよい。さらに、蛍光体含有樹脂が表面上に予めスク
リーン印刷などで形成させたLEDチップを用いてもよ
い。
【0017】こうして、2個の青色系が発光可能なLE
Dチップ上にLEDチップからの青色光を補色となる黄
色に波長変換する蛍光体含有樹脂で被覆させたものを、
エポキシ樹脂が含有されたキャスティングケース内に配
置させ硬化後、取り出すことでモールド樹脂(205)が
形成された本願発明の砲弾型発光ダイオードを形成させ
ることができる。
【0018】また、2個のLEDチップを共にLEDチ
ップ群Cのみから選択して発光ダイオードを形成させる
代わりに、LEDチップ群Aから1個のLEDチップ
(201)と、LEDチップ群Bから1個のLEDチップ
(211)とを選択し、共に用いる以外は上述と同様にし
て本願発明の砲弾型発光ダイオードを形成する。図5に
模式的色度図を用いて説明すると、LEDチップ群Aか
ら選択されたLEDチップは四角印で表され、LEDチ
ップ群Bから選択されたLEDチップは三角印で表され
る。発光ダイオードからは、こられのLEDチップから
放出された光は擬似的にLEDチップ群Cの黒丸印に相
当し、黒丸と蛍光体から放出される光である×印の二点
差線上に表される光を表現させることができる。なお、
蛍光体の量などに応じてLEDチップと蛍光体との間の
色を調整させることができ、擬似的な白色領域を表す図
中一点鎖線の楕円中に持ってくることができる。
【0019】いずれの発光ダイオードも発光ダイオード
から放出される色調のバラツキや輝度バラツキは分類さ
せずに形成させた発光ダイオードと比較して各段に少な
くなる。また、高輝度化にもかかわらず、樹脂劣化に伴
う輝度低下の少ない発光ダイオードとすることができ
る。
【0020】次に、各LEDチップに流す電流の比率を
それぞれ制御することによって人間の見た目にはそのL
EDチップの発光波長と輝度の比率及び蛍光体からの発
光スペクトルによって、電気的にもより調整された混色
光を放出させることができる。以下、本願発明に用いら
れる構成について詳述する。 (発光波長域)本願発明で用いられる発光波長域とは、
同色系の類似した発光波長を発光するLEDなどを所望
の発光波長範囲ごとに分類したものをいい、たとえば系
統色名の一般的な色度区分(JIS Z8110)で示
された同色系となる青色領域の主発光波長を複数の発光
波長範囲に分類したものをいう。この分類は互いに重な
らなくともよいし、より精度を上げるために部分的に重
なっていてもよい。場合によっては同色系とは青紫色、
青色、青緑色の領域を含む領域を言う場合もある。した
がって、所望の発光装置によって発光波長領域は種々に
選択させることができる。具体的な、発光波長域として
460nmから475nmを第1の発光波長領域、47
5nmから490nmを第2の発光波長領域などとする
ことができる。
【0021】これらの分類は所望に応じて発光波長域を
狭めても良いし広めても良い。即ち、発光波長域は、使
用される発光装置の用途などによって種々選択すること
ができる。また、半導体発光素子群は、3分類に限定さ
れるものでもなく2分類でも5分類以上とさせても良
い。その場合、所望の波長をLEDから放出させるため
には所望とする波長域を中心として対称にある半導体発
光素子群同士の混色を利用することで、所望の波長域に
より近づけることもできる。
【0022】形成された半導体発光素子は、所望の発光
波長域内に収まるようにすべく半導体発光素子を複数の
発光波長域ごとに分類することが好ましい。分類された
半導体発光素子は、混色により所望の発光波長域内に収
まるよう所望の発光波長域を中心として各発光波長域か
ら半導体発光素子を選択してある。結果として形成され
た発光装置は、半導体発光素子が、混色表示された半導
体発光素子の平均発光波長よりも長い主発光波長を有す
る半導体発光素子と、混色表示された平均発光波長より
も短い主発光波長を有する半導体発光素子で構成される
こととなる。このように発光波長域ごとに半導体発光素
子を選別することは、自動選別機を用いて比較的簡単に
行うことができる。
【0023】なお、本発明では主発光波長だけを取り上
げて説明したが、場合によっては発光波長域の分類だけ
でない。形成させた半導体発光素子はVf、温度特性、
など様々な特性に分布を持っている。このような分布を
分類し、分類されたものから選択して取り出し、再び組
み合わせることで特性の安定した半導体発光素子とする
こともできる。即ち、LDやLEDなどの半導体発光素
子は少なくとも同色系が発光可能な半導体発光素子を2
個以上有すると共に、半導体発光素子はそれぞれ同色系
の半導体発光素子を一定の駆動電圧及び/又は駆動電流
範囲ごとに分類した複数の領域のうち、駆動電圧及び/
又は駆動電流が第1の領域内である半導体発光素子群か
ら選択された第1の半導体発光素子と、前記第1の発光
波長域よりも駆動電圧及び/又は駆動電流が高い或いは
低い第2の領域内の半導体発光素子群から選択された第
2の半導体発光素子とすることもできる。
【0024】なお、本願発明の可視光とは主発光波長が
約380nmから約680nmにあるものがよい。本発
明で好ましく利用される半導体発光素子から放出される
可視光とは約380nmから530nmであり、より好
ましくは400nmから500nmである。半導体発光
素子から放出されるさらに好ましい可視光とは410n
mから490nmである。 (半導体発光素子101、111、201、211、301、311、40
1、411)本願発明に用いられる半導体発光素子は、種々
の半導体を用いたLEDチップ、LDなどが挙げられ
る。具体的な半導体発光素子としては、液相成長法、有
機金属気相成長法(MOCVD)、ハライド気相成長法
(HDVPE)や分子線気相成長法(MBE)等により
サファイア、スピネル、SiCやGaNなどからなる基
体上にGaAlN、ZnS、ZnSe、SiC、Ga
P、GaAlAs、AlInGaP、InGaN、Ga
N、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させ
た発光素子が好適に用いられる。半導体の構造として
は、MIS接合、PIN接合やpn接合を有したホモ構
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。
【0025】さらに、量子効果を持たすために単一量子
井戸構造や、井戸層と井戸層よりもバンドギャップの大
きい障壁層を井戸+障壁+・・・+障壁+井戸或いはそ
の逆として形成させた多重量子井戸構造としても良い。
特に窒化物系化合物半導体における多重量子井戸構造で
は、井戸層は70オングストローム以下、障壁層は15
0オングストローム以下の厚さにすることが好ましい。
一方、単一量子井戸構造では70オングストローム以下
の厚さに調整することが好ましい。これにより発光出力
の高い発光素子とすることができる。上記各半導体層が
形成された半導体ウエハーは、各導電型の半導体層をエ
ッチングなどにより露出させるなどした後、スパッタリ
ング法や真空蒸着法などにより各電極を形成する。電極
が形成された半導体ウエハーを所望にカットすることな
どによりLEDチップを形成させることができる。
【0026】なお、蛍光体は吸収スペクトルよりも発光
スペクトルの方が長波長であることによって効率よく発
光することができるため、半導体発光素子から放出され
る可視光は蛍光体よりも短波長であることが好ましい。
そのため、比較的短波長が高輝度に発光可能な半導体材
料として窒化物半導体(InxGayAl1-x-yN、但
し、0≦x≦1、0≦y≦1)を挙げることができる。
また、比較的簡単な構成で本願発明の発光装置を構成さ
せるためにはInを含有する窒化物半導体からなる発光
層を持つことが好ましい。したがって、本発明に用いら
れる半導体発光素子の具体的構成として、サファイア基
板上にn型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコ
ンタクト層、p型導電性を有する窒化ガリウムアルミニ
ウム半導体であるクラッド層、p型導電性を有する窒化
ガリウム半導体であるコンタクト層を有し、n型導電性
を有するコンタクト層と、p型導電性を有するクラッド
層との間に単一量子井戸構造とされるノンドープInG
aNの活性層がある構成の発光素子(なお、サファイア
基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッフ
ァ層を設けてある)などが挙げられる。
【0027】このような半導体発光層を持つLEDチッ
プなどをモールド樹脂などで被覆させる場合、一方の電
極となるとなるマウント・リードのカップ内にエポキシ
樹脂などによりダイボンドさせる。次に、LEDチップ
の各電極を金、アルミニウム線などの導電性ワイヤー或
いは、銀やITOなどを含有する樹脂などからなる導電
性ペーストによってマウント・リードやインナー・リー
ドと電気的に接続させる。電気的導通を取った後、蛍光
体含有の樹脂やガラスでLEDチップを覆う。その後、
エポキシ樹脂や低融点ガラスなどにより所望の形状にモ
ールド部材で被覆して発光装置を形成させることができ
る。本発明においては特に、LEDチップを2個以上配
置させるとともにそれぞれのLEDチップを特定の関係
とさせてある。なお、基板上にLEDチップを導電性ペ
ーストなどで固着させると共に電気的接続を取った後モ
ールド部材で被覆させ発光装置を形成させても良い。
【0028】本発明では通常1つの発光素子で得ようと
する発光輝度よりも、2個以上利用することによって1
つ当たりの発光輝度を低下させることができる。これ
は、LEDチップ自体の大きさを小さくさせたり、LE
Dチップに流す電流や駆動時間を短くすることにより行
うことができる。この結果、高出力化のためにダブルヘ
テロ構造などの層構成をとる場合、LEDチップからの
出力が向上するにつれてLEDチップの端面などLED
チップ近傍の樹脂などが急激に劣化するという問題を比
較的簡単に解決することができる。同様に、劣化を抑制
しつつより高輝度が発光可能な発光装置とすることがで
きる。 (色変換部材102、202、302、402)本願発明の発光装置
に用いられる色変換部材とは、蛍光体(有機、無機の蛍
光染料や蛍光顔料を含む)或いは、樹脂や硝子中にこれ
らの蛍光体を固着させたものなどが挙げられる。蛍光体
は、半導体発光素子から発光された可視光で励起されて
発光する蛍光体である。具体的なフォトルミネセンス蛍
光体として、セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット系蛍光体例である(RE1-x
x3Al512:Ceのフォトルミネセンス蛍光体
(但し、0≦x<1、REは、Y、Gd、Laから選択
される少なくとも一種である。なお、Alの一部をGa
やInで置換させてもよい。また、Ceに加えてTbな
どの付活剤を別途加えてもよい。)、ペリレン系誘導
体、銅及びアルミニウム付活の硫化亜鉛やEu及び/又
はCrで付活された窒素含有CaO-Al23-SiO2
蛍光体が好適に挙げられる。
【0029】このような蛍光体は、Y、Ce及びAl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、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】同様に、本発明に用いられる他の具体的蛍
光体であるEu及び/又はCrで付活された窒素含有C
aO-Al23-SiO2蛍光体は、酸化アルミニウム、
酸化イットリウム、窒化珪素及び酸化カルシウムなどの
原料に希土類原料を所定比に混合した粉末を窒素雰囲気
下において1300℃から1900℃(より好ましくは
1500℃から1750℃)において溶融し成形させ
る。成形品をボールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に
篩を通して蛍光体を形成させることができる。これによ
り450nmにピークをもった励起スペクトルと約65
0nmにピークがある青色光により赤色発光が発光可能
なEu及び/又はCrで付活されたCa-Al-Si-O-
N系オキシナイトライド蛍光硝子とすることができる。
【0031】なお、Eu及び/又はCrで付活されたC
a-Al-Si-O-N系オキシナイトライド蛍光硝子の窒
素含有量を増減することによって発光スペクトルのピー
クを575nmから690nmに連続的にシフトするこ
とができる。同様に、励起スペクトルも連続的にシフト
させることができる。そのため、本発明によって選択さ
れた半導体発光素子からの光と、約580nmの蛍光体
の光の合成光により白色系を発光させることができる。
【0032】また、上述のCeで付活されたYAG系蛍
光体とEu及び/又はCrで付活された窒素含有Ca-
Al-Si-O-N系オキシナイトライド蛍光硝子とを組
み合わせることにより本発明によって選択された青色系
が発光可能な半導体発光素子を利用してRGB(赤色、
緑色、青色)成分を高輝度に含む極めて演色性の高い白
色系が発光可能な発光ダイオードを形成させることもで
きる。このため、所望の顔料を添加するだけで任意の中
間色も極めて簡単に形成させることができる。 (モールド部材105、205)モールド部材105、205は、各
LEDチップ101、111、201、201やその電気的接続のた
めの金属ワイヤー103、203、213等を外部力や水分など
から保護するために設けられることが好ましい。モール
ド部材には、着色剤と共に樹脂モールドに拡散剤を含有
させることができる。これによって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。更に、
モールド部材を所望の形状にすることによってLEDチ
ップが発光した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でもよい。具体的には、凸レンズ形
状、凹レンズ形状やそれらを複数組み合わせたものや、
発光観測面側から見て猫目形状などが挙げられる。上記
モールド部材の材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹
脂や低融点ガラスなどの耐候性に優れた透光性部材が好
適に用いられる。また、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。
【0033】着色剤としては、モールド部材に含有され
LEDチップが発光した光のうち所望外の波長をカット
して発光特性を向上させるフィルター効果を持たせるた
めのものである。したがって、LEDや蛍光体の発光色
に応じて或いは、発光装置から取り出したい所望の色で
あるピンクや水色などの中間色を得るために染料及び顔
料が種々選択される。また、着色剤は、所望に応じてモ
ールド部材中に種々の割合で分散させて形成させても良
い。すなわち、LEDチップに近づくにつれ含有濃度を
増やしたり或いは減少させたり種々選択することができ
る。
【0034】また、LEDチップからの光を変換させる
蛍光体をモールド部材中にも含有させても良い。着色
剤、拡散剤や蛍光体のモールド部材中への混入はモール
ド部材の原材料中に着色剤などを混合攪拌などさせたの
ち、砲弾状など所望のモールド部材の形状に形成できる
型にLEDチップなどと共に入れ熱硬化などさせること
によって形成することができる。
【0035】蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、蛍光体
の平均粒径や中心粒径、粒度分布、各種組成比、充填量
を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択する
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。フォトルミネセンス蛍光体の分布は、
フォトルミネセンス蛍光体を含有する部材、形成温度、
粘度やフォトルミネセンス蛍光体の形状、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。したがって、使用条件などにより蛍光体の分布濃度
を、種々選択することができる。 (リード電極106、107、206、207、208、306、307)リ
ード電極は各半導体発光素子に電力を供給させるための
ものであり、半導体発光素子であるLEDチップなどを
その上にダイボンドさせてもよいし、電気的に接続させ
る機能を持たせるだけでもよい。LEDチップをリード
電極上に配置させる場合は、光を有効に利用させるため
にリード電極の一部を利用して凹部を形成させ、内部に
配置させてもよい。
【0036】LEDチップにリード電極上にLEDチッ
プが配置されるカップ等を有するものは、マウント・リ
ードとして利用される。カップの大きさは、各LEDチ
ップをダイボンド等の機器で積載するのに十分な大きさ
があり、モールド部材による光の集光率に合わせて種々
のものが用いられる。本願発明においては、混色補正さ
せるLEDチップを3個以上カップに配置しても良い。
したがって、LEDチップは、例えば同色系で本願発明
によって選択された異なる波長を発光する青色を2個、
赤色が発光可能な発光素子を1個使用することもでき
る。これにより、紅白やピンクが発光可能な発光装置と
することもできる。カップは、LEDチップと直接電気
的に導通させ電極として利用しても良い。また、LED
チップを絶縁体を介してカップと固定させ非導電性とさ
せても良い。マウント・リードを各LEDチップの電極
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が求められる。
【0037】各LEDチップとカップとの接続は熱硬化
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、LEDチップとカップを接着させると共に電
気的に接続させるためにはAg、Cu、カーボンやIT
Oなどの導電性部材を含有させた導電性ペーストや金属
バンプ等を用いることができる。
【0038】マウントリードの一対のリード電極を構成
する他方の電極として、インナーリードがある。インナ
ーリードとしては、電気的接続部材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求められる。こ
のような、リード電極の具体的材料としては、鉄、銅、
鉄入り銅、錫入り銅等が好適に挙げられる。 (導電性ワイヤー103、203、213、303)導電性ワイヤー
は、各LEDチップ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/cm
2/cm/℃以上である。具体的には、金、銅、白金、
アルミニウム等及びそれらの合金を用いたボンディング
ワイヤーが好適に挙げられる。作業性を考慮してアルミ
ニウム線あるいは金線がより好ましい。(その他の発光
装置)本発明に係る発光装置として面状発光光源の一例
を図4に示す。
【0039】図4に示す面状発光光源400では、色変換
部材402である蛍光体含有シート状樹脂を導光板404状に
配置させる。導光板は、光放出面となる主面及び光導入
部となるLED光接合面を除いて反射部材405で覆われ
ている。LEDチップ401、411を透光性樹脂412で被覆
してある発光ダイオード403を光導入部に配置させてあ
る。なお、発光ダイオードは導光板の端面に或いは底面
に配置させることによっても面状発光光源とすることが
できる。
【0040】LEDチップからの青色光は、導光板によ
って混色され略均一な色になった後、樹脂に含有された
蛍光体によって部分的に黄色に変換されると共に変換さ
れなかった光が青色光として取り出すことができる。蛍
光体からの黄色光と、LEDチップからの青色光が面状
に取り出すことができる。なお、色変換部材402を導光
板404上に配置させたが、透光性部材412中に蛍光体を含
有させLEDチップ401、411からの光及び蛍光体からの
混色光を導光板404内に導入されることにより白色光と
して面状に取り出すこともできる。
【0041】詳細に説明すると、図4の面状発光光源の
断面において、半導体発光素子401、411は、絶縁層及び
導電性パターン(図示せず)が形成されたコの字形状の
樹脂パッケージ403内に固定される。発光素子の電極と
導電性パターンとを導通させた後、蛍光体をエポキシ樹
脂と混合して発光素子が積載されたコの字型の樹脂パッ
ケージ内に充填等する。本発明では2個の半導体発光素
子を配置させてある(図示せず)。こうして固定された
発光素子は、アクリル性の導光板の一方の端面にエポキ
シ樹脂などで固定される。導光板の他方の主表面(裏面
側)全面及びや発光素子が配置されていない他方の端面
上にも反射部材を設け発光効率を向上させるように構成
する。
【0042】こうして例えば、LCDのバックライト用
として十分な明るさを有する面状発光の発光装置を構成
することができる。なお、ここでは、蛍光体含有樹脂を
直接LEDチップ上に配置させたが、LEDチップをダ
イボンドさせるダイボンド樹脂中に蛍光体を含有させて
もよいし、導光板404と発光ダイオードとの間に蛍光体
含有樹脂をシート状にさせたフィルム(不示図)を配置
させてもよい。以下、本願発明の具体的実施例について
説明するが、本願発明はこれのみに限定されるものでは
ないことは言うまでもない。
【0043】
【実施例】(実施例1) 青色が発光可能なLEDチッ
プとしてサファイヤ基板上にMOCVD法を用いて半導
体発光素子を形成させる。半導体発光素子であるLED
チップはサファイア基板上に、低温で成膜させたGa
N、ノンドープのn型GaN、コンタクト層となるSi
ドープされたn型GaN、ノンドープのn型GaN、G
aNとInGaNを複数積層させた多重量子井戸構造と
なる発光層、クラッド層となるMgをドープさせたp型
AlGaNとGaNの超格子層、コンタクト層となるM
gをドープさせたp型GaNを形成させた後、エッチン
グにより各コンタクト層を露出後スパッタリング法にて
電極を形成し、主として470nmの発光波長を有する
LEDチップを形成させる。
【0044】形成された半導体発光素子が発光スペクト
ルにおいて概ね正規分布をとる場合、主として最も数の
多い発光スペクトルを境として第1の発光波長域と、第
2の発光波長域に分けてある。具体的には発光波長分別
機を用いて、発光波長域を461nmから470nmを
第1の発光波長域と、471nmから480nmを第2
の発光波長域として同色系の発光波長ごとに分類する。
【0045】あらかじめ分別させた第1の発光波長域か
ら第1のLEDチップ301を選択させてパッケージ305開
口部の底面上にエポキシ樹脂によってダイボンドさせ
る。同様に、あらかじめ分別させた第2の発光波長域か
ら第2のLEDチップ311を選択させてパッケージ305開
口部の底面上にエポキシ樹脂によってダイボンドさせ
る。各LEDチップ301、311の電極とリード電極306、3
07、308とを金線303によってワイヤーボンディングさせ
た後、(Y・Gd)3Al512:Ce含有のエポキシ樹
脂302をパッケージ305の凹部内に注入して硬化させる。
こうして形成させた図3の如きSMD型発光ダイオード
300となる発光装置は、一つのLEDチップを用いて同
様に形成した発光装置と比較して一個当たりのLEDチ
ップから放出される光密度が低く樹脂劣化にともなう輝
度低下が極めて少ない。また、量産された発光装置間の
色調及び輝度バラツキが極めて少なく色調による不良が
激減し、歩留まりが大幅に向上することにより量産性に
優れた発光装置とすることができる。 (実施例2)実施例1で形成させたSMD型発光ダイオ
ードの各LEDチップを個別に駆動できるようにリード
電極をそれぞれ別々に金線にて接続させた以外は実施例
1と同様にして形成させる。形成させたSMD型発光ダ
イオードの各LEDチップに流す振幅値となる電流値及
び/又はパルス幅となる点灯時間の比をそれぞれ制御回
路によって調整することによって複数のSMD型発光ダ
イオードの色調及び輝度バラツキをより少なく制御する
ことができる。なお、このような投入電流などの制御を
制御回路だけでなく、SMD型発光ダイオードに予め抵
抗を設けるなどして調整することもできる。
【0046】
【発明の効果】本願発明の請求項1の構成とすることに
より、半導体発光素子の発光波長ズレに伴う色むらや輝
度むらを補正しつつ歩留まりの高い表示装置を提供する
ことができる。
【0047】本願発明の請求項2の構成とすることによ
り、半導体発光素子の発光波長ズレに伴う色むらや輝度
むらを補正しつつ歩留まりの高い表示装置の量産性よく
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明に用いられる砲弾型発光ダイオード
の模式的断面図である。
【図2】 本願発明に用いられる別の砲弾型発光ダイオ
ードの模式的断面図である。
【図3】 本願発明に用いられるSMD型発光ダイオー
ドの模式的断面図である。
【図4】 本願発明に用いられる面状光源の模式的断面
図である。
【図5】 本願発明の原理を説明する模式的説明図であ
る。
【符号の説明】
101…主発光波長が第1の発光波長域内である半導体
発光素子群から選択された第1の半導体発光素子 102…色変換部材 103…金属ワイヤー 104…導電性ペースト 105…モールド部材 106…インナーリード 107…マウントリード 111…第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側
にある第2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択
された第2の半導体発光素子 201…主発光波長が第1の発光波長域内である半導体
発光素子群から選択された第1の半導体発光素子 202…色変換部材 203…導電性ワイヤー 204…導電性ペースト 205…モールド部材 206…マウントリード 207…インナーリード 208…インナーリード 211…第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側
にある第2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択
された第2の半導体発光素子 213…導電性ワイヤー 300…SMD型発光ダイオード 301…主発光波長が第1の発光波長域内である半導体
発光素子群から選択された第1の半導体発光素子 302…色変換部材 303…導電性ワイヤー 305…パッケージ 306…リード電極 307…リード電極 308…リード電極 311…第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側
にある第2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択
された第2の半導体発光素子 401…主発光波長が第1の発光波長域内である半導体
発光素子群から選択された第1の半導体発光素子 402…色変換部材 403…発光ダイオード 404…導光板 405…反射部材 407…LEDチップが点状に発光する蛍現象を抑制す
る反射部材 411…第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側
にある第2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択
された第2の半導体発光素子 412…LEDチップを保護する透光性部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4H001 CA01 CA02 CC14 5F041 AA10 AA14 CA02 CA03 CA04 CA05 CA34 CA36 CA37 CA40 CA46 CA64 CA65 CA66 DA02 DA07 DA13 DA18 DA20 DA44 DB01 DB09 EE25 FF01 FF11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可視光が発光可能な半導体発光素子と、
    該半導体発光素子からの発光を吸収しこの発光よりも長
    波長の可視光を発光する蛍光体とを有する発光装置であ
    って、 前記半導体発光素子は少なくとも同色系が発光可能な半
    導体発光素子を2個以上有すると共に、該半導体発光素
    子はそれぞれ同色系の半導体発光素子を一定の波長範囲
    ごとに分類した複数の発光波長域のうち、主発光波長が
    第1の発光波長域内である半導体発光素子群から選択さ
    れた第1の半導体発光素子と、前記第1の発光波長域よ
    りも主発光波長が長波長側にある第2の発光波長域内の
    半導体発光素子群から選択された第2の半導体発光素子
    であることを特徴とする発光装置。
  2. 【請求項2】 可視光が発光可能な半導体発光素子と、
    該半導体発光素子からの発光を吸収しこの発光よりも長
    波長の可視光を発光する蛍光体とを有する発光装置の製
    造方法であって、 同色系の半導体発光素子を一定の発光波長領域範囲ごと
    に複数の発光波長域に分類する工程と、 該分類された主発光波長が第1の発光波長域内である半
    導体発光素子群から選択された第1の半導体発光素子を
    選択する工程と、 前記第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にあ
    る第2の発光波長域内の半導体発光素子群から選択され
    た第2の半導体発光素子を選択する工程と、 前記少なくとも前記第1の半導体発光素子と前記第2の
    半導体発光素子を用いる発光装置の製造方法。
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