JP2003124530A

JP2003124530A - 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置

Info

Publication number: JP2003124530A
Application number: JP2002280209A
Authority: JP
Inventors: Akimasa Sakano; 顕正阪野
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間且つ高輝度に発光可能な発光ダイオード
及びそれを用いた表示装置を提供する。【解決手段】本願発明は、基板上にダイボンド部材によ
って固定されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの発
光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光
物質を含む色変換部材とを有する発光ダイオードであっ
て、ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であ
ると共にダイボンド部材が無機部材含有の樹脂である。

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、ディスプレイの
バックライト、照光式操作スイッチ、ＬＥＤ表示器等に
使用される発光ダイオードに係り、特に蛍光物質を利用
し長期間かつ高輝度に発光可能な発光ダイオードに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】発光素子（以下、ＬＥＤチップともい
う。）は、小型で効率よく鮮やかな色の発光をする。ま
た、半導体素子であるため球切れがない。駆動特性が優
れ、振動やON/OFF点灯の繰り返しに強いという特徴を有
する。そのため、各種インジケータや種々の光源として
利用されている。しかしながら、ＬＥＤチップは単色性
の発光ピークを有するが故に白色系などの発光のみを得
る場合においても、２種類以上の発光素子を利用せざる
を得なかった。

【０００３】そこで、本出願人は、単色性の発光ピーク
を有するＬＥＤチップと蛍光物質を利用して白色系など
の種々の発光色を発光させる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
報などに記載した発光ダイオードを開発した。

【０００４】これらの発光ダイオードは、発光層のエネ
ルギーバンドギャップが比較的大きい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マウン
ト部材などによって配置する。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
する樹脂モールド中などに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色変換部材として形
成させてある。

【０００５】これによって、ＬＥＤチップからの発光を
蛍光体によって波長変換した光を放出可能な発光ダイオ
ードとすることができる。例えば、青色系のＬＥＤチッ
プからの光と、その光を吸収し補色関係にある黄色系を
発光する蛍光体からの光との混色により白色系が発光可
能な発光ダイオードとすることができる。これらの発光
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、発光ダイオー
ドの利用分野の広がりと共に、より信頼性が高く長期間
かつ、高輝度に発光可能な発光ダイオードが求められて
いる。特に、蛍光物質を利用した発光ダイオードは、蛍
光物質にもよるが発光層からの発光波長が短いものほど
効率よく発光する傾向にある。一方、発光ダイオードに
利用するモールド部材、色変換部材やマウント部材など
には、扱い易さなどから種々の樹脂が利用されている。
これらの樹脂は、一般にＬＥＤチップから放出される発
光波長が短くなると劣化し着色する傾向にある。特に、
マウント部材は、接着性をも考慮しなければ成らず現在
のところ耐侯性と密着性等を共に十分満足するものがな
い。したがって、蛍光物質を利用した発光ダイオードの
発光強度を更に向上させ長時間使用すると、発光ダイオ
ードの発光輝度が低下する場合があるという問題を有す
る。本願発明は上記課題を解決し、より高輝度かつ、長
時間の使用環境下においても発光光率の低下が極めて少
ない発光ダイオードを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、基板上にマ
ウント部材によって固定されたＬＥＤチップと、ＬＥＤ
チップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換し
て発光する蛍光物質を含む色変換部材とを有する発光ダ
イオードであって、前記ＬＥＤチップ(103)の発光層が
窒化物系化合物半導体である。特に、ＬＥＤチップの発
光層が窒化物系化合物半導体であると共にマウント部材
が球状、針状、およびフレーク状から選択される形状の
無機部材含有の樹脂とすることによって上記問題点を解
決することができる。

【０００８】無機部材は、銀、金、アルミニウム、銅、
アルミナ、シリカ、酸化チタン、窒化硼素、酸化鉛、酸
化亜鉛、ＩＴＯから選択される少なくとも１種であり、
樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹
脂から選択される少なくとも１種である。

【０００９】本願発明の請求項２に記載の発光ダイオー
ドは、前記色変換部材が、拡散剤を含有していることを
特徴とする。

【００１０】さらに、色変換部材が基材中含有された蛍
光物質を有しており、基材がエラストマー或いはゲル状
シリコーン樹脂、アモルファスフッ素樹脂、ポリイミド
樹脂から選択される少なくとも１種である。

【００１１】また、本願発明のＬＥＤ表示装置は請求項
１に記載した発光ダイオードをマトリックス状に配置し
たＬＥＤ表示器と、ＬＥＤ表示器と電気的に接続させた
駆動回路とを有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
高輝度かつ長時間の使用環境下における発光ダイオード
の出力低下が、ＬＥＤチップのごく近傍に配置された色
変換部材などの劣化にあることを見出し本願発明を成す
に至った。

【００１３】蛍光物質を利用した発光ダイオードにおい
ては、蛍光物質を利用しない通常の発光ダイオードと光
の密度が極端に異なる。即ち、図３の如く蛍光物質３２
２を利用した発光ダイオードにおいては、ＬＥＤチップ
３０３から放出される光がそのまま全て合成樹脂などに
より形成された色変換部材などを透過しない。ＬＥＤチ
ップ３０３からの光は、ＬＥＤチップ３０３近傍などに
設けられた蛍光物質３２２によって反射される。或い
は、蛍光物質３２２によって励起された光として等方的
に放出される。さらに、発光ダイオードの光特性向上の
ために高反射率の材料が用いられた基板などによって反
射される。また、構成する部材の屈折率の差によっても
反射される。

【００１４】そのため、ＬＥＤチップ３０３近傍に光が
部分的に密に閉じこめられ、ＬＥＤチップ近傍の光密度
が極めて高くなる。ＬＥＤチップ３０３極近傍の色変換
部材やマウント部材が、劣化され着色３３０などし発光
光率が低下すると考えられる。特に、ＬＥＤチップ近傍
のマウント部材の着色により発光効率が大きく低下する
傾向にある。

【００１５】本願発明は、ＬＥＤチップ３０３極近傍の
マウント部材などの劣化を抑制することにより、高輝度
かつ長時間の使用環境下においても出力低下が極めて少
ない発光ダイオードとすることができるのである。

【００１６】具体的な発光ダイオードの一例を示す。図
２は本願発明の発光ダイオードであるチップタイプＬＥ
Ｄの模式的断面図である。セラミックのパッケージ２０
４を利用した基板上にマウント部材２０１を用いてマウ
ントさせた。マウント部材２０１の有機樹脂にはシリコ
ーン樹脂を用いた。一方、マウント部材２０１の樹脂中
に含有させる無機部材には酸化チタンを用いた。ＬＥＤ
チップ２０３の各電極とパッケージ２０４に設けられた
外部電極２０９とを金線２０７によってワイヤーボンデ
ィングさせてある。ＬＥＤチップ２０３には青色系が発
光可能な窒化物系化合物半導体を用いた。

【００１７】パッケージ２０４には、内部に一段下がっ
たキャビティーを設けてある。キャビティー内には、蛍
光物質を含有させた透光性ポリイミド樹脂を色変換部材
２０２として注入し発光ダイオードを構成させてある。
蛍光物質は、セリウムを付活したイットリウム・アルミ
ニウム・ガーネットを用いた。

【００１８】このような、発光ダイオードの外部電極２
０９に電力を供給させることによりＬＥＤチップ２０３
から光を出させると共にＬＥＤチップ２０３からの光に
よって蛍光物質を励起させ発光させることができる。Ｌ
ＥＤチップ２０３からの青色系光と蛍光物質からの黄色
系光が補色関係にあるため、白色系の発光色を得ること
ができる。このような発光ダイオードは樹脂劣化などに
伴う着色が少ないため長期間かつ高輝度に発光させるこ
とができる。以下本願発明の構成部材について詳述す
る。

【００１９】（マウント部材１０１、２０１）本願発明
に用いられるマウント部材１０１とは、ＬＥＤチップ１
０３と、基板１０４とを接着させると共にＬＥＤチップ
１０３からの光による劣化を抑制するために用いられ
る。

【００２０】したがって、マウント部材１０１の樹脂３
１１は、含有される無機部材３１２、基板及びＬＥＤチ
ップ１０３との密着性が高いことが望まれる。マウント
部材に用いられる具体的な樹脂としては、一液、二液型
エポキシ樹脂や一液、二液型シリコーン樹脂、ポリイミ
ド樹脂が好適に用いられる。

【００２１】また、マウント部材１０１中の無機部材３
１２としては、樹脂３１１との密着性がよいと共にＬＥ
Ｄチップ１０３からの光によって劣化しないことが望ま
れる。このような、無機部材としては、銀、金、アルミ
ニウム、銅、アルミナ、シリカ、酸化チタン、窒化硼
素、酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯから選択される少なくと
も１種が好適に挙げあれる。特に、銀、金、アルミニウ
ム、銅などは、放熱性を向上させると共に導電性を持た
せることができる。また、アルミナ、シリカ、酸化チタ
ン、窒化硼素などは耐侯性に強く高反射率を維持させる
こともできる。無機部材の形状も分散性や電気的導通な
どを考慮して球状、針状やフレーク状など種々の形状を
とることができる。

【００２２】樹脂３１１中の無機部材３１２含有量は、
放熱性や電気伝導性など所望に応じて種々調節させるこ
とができる。しかしながら、樹脂３１１中の無機部材３
１２含有量を多くすると樹脂３１１の劣化が少ないが、
密着性が低下するため５重量％から８０重量％が好まし
く６０重量％から８０重量％がより好ましい。

【００２３】このようなマウント部材１０１は、ＬＥＤ
チップ１０３と基板１０４とを接着させるためにマウン
ト機器を用いることによって簡単に塗布などすることが
できる。

【００２４】（色変換部材１０２、２０２）本願発明に
用いられる色変換部材１０２とは、ＬＥＤチップ１０３
からの光の少なくとも一部を変換する蛍光物質３２２が
含有されるものである。色変換部材１０２の基材として
は、ＬＥＤチップ１０３からの光や蛍光物質からの光を
効率よく透過させると共に耐光性の良いものが好まし
い。さらに、色変換部材として働くと共にモールド材な
どとして兼用させる場合は、外部環境下における外力や
水分等に対して強いものが好ましい。このような基材３
２１の具体的材料としては、エラストマー状或いはゲル
状シリコーン樹脂、アモルファスフッ素樹脂、透光性ポ
リイミド樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子など
が好適に用いられる。色変換部材１０２の量によって発
光ダイオードから放出される光の色調などが変化するた
め操作性などの点からエラストマー状或いはゲル状シリ
コーン樹脂がより好ましい。

【００２５】色変換部材は、ＬＥＤチップ１０３に直接
接触させて被覆させることもできるし、他の樹脂などを
間に介して設けることもできる。また、蛍光物質３２２
と共に着色顔料、着色染料や拡散剤を含有させても良
い。着色顔料や着色染料を用いることによって色味を調
節させることもできる。拡散剤を含有させることによっ
てより指向角を増すこともできる。具体的な拡散剤とし
ては、無機系であるチタン酸バリウム、酸化チタン、酸
化アルミニウム、酸化珪素等や有機系であるグアナミン
樹脂などが好適に用いられる。

【００２６】（蛍光物質３２２）本願発明に用いられる
蛍光物質３２２は、窒化物系化合物半導体から放出され
た可視光や紫外光を他の発光波長に変換するためのもの
である。したがって、ＬＥＤチップ１０３に用いられる
発光層から発光される発光波長や発光ダイオードから放
出される所望の発光波長に応じて種々ものが用いられ
る。特に、ＬＥＤチップ１０３が発光した光と、ＬＥＤ
チップ１０３からの光によって励起され発光する蛍光物
質３２２からの光が補色関係にあるとき白色系光を発光
させることもできる。

【００２７】このような蛍光物質３２２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
ト系蛍光物質、ペリレン系誘導体や銅、アルミニウムで
付活された硫化亜鉛カドミウムやマンガンで付活された
酸化マグネシウム・チタンなど種々のものが挙げられ
る。これらの蛍光物質は、１種類で用いてもよいし、２
種類以上混合して用いてもよい。

【００２８】特に、セリウムで付活されたイットリウム
・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質（Ｒｅ3Ｒｅ’5
Ｏ12：Ｃｅ、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌ
ａから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｂ、Ｔｌから選択される少なくとも一種である。）
は、ガーネット構造であるため、熱、光及び水に強く、
励起スペクトルのピークが４５０ｎｍ付近にさせること
ができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近などにあ
り、７００ｎｍ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Ａｌの一部を
Ｇａで置換することで発光波長が短波長側にシフトし、
また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長
が長波長側へシフトさせることができる。このように組
成を変化させることで連続的に種々の発光波長とするこ
とができるため本願発明の蛍光物質として特に好まし
い。

【００２９】なお、所望に応じて発光波長を長波長や短
波長側に調節させるため、イットリウムの一部をＬｕ、
Ｓｃ、Ｌａに置換させることもできるし、アルミニウム
の一部をＩｎ、Ｂ、Ｔｌに置換させることもできる。さ
らに、セリウムに加えて、ＴｂやＣｒを微量含有させ吸
収波長を調整させることもできる。

【００３０】セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット系蛍光物質を用いた場合は、ＬＥ
Ｄチップ１０３と接する或いは近接して配置された放射
照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ-2以上１０Ｗ・ｃｍ-2
以下の高照射強度においても高効率に十分な耐光性を有
する発光ダイオードを構成することができる。

【００３１】（ＬＥＤチップ１０３、２０３）本願発明
に用いられるＬＥＤチップ１０３とは、種々の蛍光物質
３２２を効率良く励起できる比較的バンドエネルギーが
高い半導体発光素子が好適に挙げられる。このような半
導体発光素子としては、ＭＯＣＶＤ法等により形成され
た窒化物系化合物半導体が用いられる。窒化物系化合物
半導体は、ＩｎnＡｌmＧａ1-n-mＮ（但し、０≦ｎ、０
≦ｍ、ｎ＋ｍ≦１）を発光層とし形成させてある。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。

【００３２】窒化物系化合物半導体を形成させる半導体
基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｏ、窒化ガリウム系単結晶等の材料を用いることができ
る。結晶性の良い窒化ガリウム系半導体を形成させるた
めにはサファイヤ基板を用いることが好ましく、サファ
イヤ基板との格子不整合を是正するためにバッファー層
を形成することが望ましい。バッファー層は、低温で形
成させた窒化アルミニウムや窒化ガリウムなどで形成さ
せることができる。

【００３３】窒化物系化合物半導体を使用したｐｎ接合
を有する発光素子例としては、バッファー層上に、ｎ型
窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化
アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド
層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型
窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド
層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を
順に積層させた構成などとすることができる。

【００３４】なお、窒化物系化合物半導体は、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Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、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型ドーパント
であるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープ
させる。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。

【００３５】絶縁性基板を用いた半導体発光素子の場合
は、絶縁性基板の一部を除去する、或いは半導体表面側
からｐ型及びｎ型用の電極面をとるためにｐ型半導体及
びｎ型半導体の露出面をエッチングなどによりそれぞれ
形成させる。各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。発
光面側に設ける電極は、全被覆せずに発光領域を取り囲
むようにパターニングするか、或いは金属薄膜や金属酸
化物などの透明電極を用いることができる。このように
形成された発光素子をそのまま利用することもできる
し、個々に分割したＬＥＤチップとして使用してもよ
い。

【００３６】個々に分割されたＬＥＤチップとして利用
する場合は、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ＬＥＤチップを
形成させることができる。

【００３７】本願発明の発光ダイオードにおいて樹脂劣
化、白色系など蛍光物質との補色関係等を考慮する場合
は、４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０
ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤ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、４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。

【００３８】（基板１０４）本願発明に用いられる基板
１０４とは、ＬＥＤチップ１０３を配置させると共に光
を有効利用するため高反射率を有するものが好ましい。
したがって、マウント部材によって接着させるために十
分な大きさがあればよく、所望に応じて種々の形状や材
料を用いることができる。具体的には、発光ダイオード
に用いられるリードフレームやチップタイプＬＥＤのパ
ッケージなどが好適に用いられる。

【００３９】基板１０４上には、ＬＥＤチップ１０３を
１つ配置してもよいし、２以上配置することもできる。
また、発光波長を調節させるなどために複数の発光波長
を有するＬＥＤチップを配置させることもできる。Ｓｉ
Ｃ上に形成された窒化物系化合物半導体を利用したＬＥ
Ｄチップなどを配置させる場合、接着性と共に十分な電
気伝導性がもとめられる。また、ＬＥＤチップ１０３の
電極を導電性ワイヤーを利用して基板１０４となるリー
ドフレームなどと接続させる場合は、導電性ワイヤーな
どとの接続性が良いことが好ましい。

【００４０】このような基板として具体的には、リード
フレームやパッケージなどとして、鉄、銅、鉄入り銅、
錫入り銅、銅金銀などをメッキしたアルミニウムや鉄、
さらにはセラミックや種々の樹脂などを用いて種々の形
状に形成させることができる。また、基板の一部を利用
して反射部材を構成させてもよい。

【００４１】（導電性ワイヤー１０７）電気的接続部材
である導電性ワイヤー１０７としては、ＬＥＤチップ１
０３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
１０７の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５
μｍ以下である。このような導電性ワイヤー１０７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１０３が挙げら
れる。このような導電性ワイヤー１０７は、各ＬＥＤチ
ップ１０３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。

【００４２】（表示装置）本願発明の発光ダイオードを
ＬＥＤ表示器に利用した場合、白色系発光ダイオードの
みを用いＬＥＤ表示装置とすることもできる。即ち、図
４や図５の如き白色系が発光可能な本願発明の発光ダイ
オードのみをマトリックス状などに配置し、白黒用のＬ
ＥＤ表示器５０１を構成できる。この表示装置におい
て、白色発光可能な発光ダイオード用駆動回路のみとし
てＬＥＤ表示器を構成させることができる。ＬＥＤ表示
器は、駆動回路である点灯回路などと電気的に接続させ
る。駆動回路からの出力パルスによって種々の画像が表
示可能なディ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（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）
５０４と、ＲＡＭ５０４に記憶されるデータから個々の
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５０３と、階調制御回路５
０３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５０２とを備える。階調制御回
路５０３は、ＲＡＭに記憶されるデータから発光ダイオ
ードの点灯時間を演算してパルス信号を出力する。

【００４３】したがって、白黒用のＬＥＤ表示装置はＲ
ＧＢ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、安価にＲＧＢ
の発光ダイオード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ものである。また、従来の赤
色、緑色のみを用いたＬＥＤ表示器に比べ人間の目に対
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ないことは言うまでもな
い。

【００４４】

【実施例】（実施例１）ＬＥＤチップは、発光層として
発光ピークが４５０ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ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、ＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）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法で窒化物系化合物
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型やｐ型導電性の半導体を形成させる。発光素
子としてはｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であ
るコンタクト層と、ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半
導体であるクラッド層、コンタクト層を形成させた。ｎ
型コンタクト層とｐ型クラッド層との間に厚さ約３ｎｍ
であり、単一量子構造となるノンドープＩｎＧａＮの活
性層を形成した。（なお、サファイヤ基板上には低温で
窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層とさせてあ
る。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニー
ルさせてある。）エッチングによりサファイア基板上の
ｐｎ各半導体コンタクト層の表面を露出させた後、スパ
ッタリング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ＬＥＤチップを形成させ
た。

【００４５】マウント部材としてＡｇ含有のエポキシ樹
脂を用いてＬＥＤチップをマウント機器で銀メッキした
銅製リードフレームの先端カップ内にマウントした。Ｌ
ＥＤチップの各電極と、カップが設けられたマウント・
リードやインナー・リードと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。

【００４６】一方、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。

【００４７】形成された（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：
Ｃｅ蛍光物質７５重量部、エラストマー状シリコーン樹
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ＬＥＤチップが配置されたマウント・リード
上のカップ内に０．２μｌ注入させた。注入後、蛍光物
質が含有された樹脂を１５０℃１時間で硬化させた。こ
うしてＬＥＤチップ上に厚さ１２０μの蛍光物質が含有
された色変換部材が形成された。その後、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色変
換部材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。

【００４８】こうして得られた白色系が発光可能な発光
ダイオードの色度点、色温度、演色性指数を測定した。
それぞれ、色度点（ｘ＝０．４０２、ｙ＝０．５３
０）、色温度８０８０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．
７を示した。また、発光光率は９．９ｌｍ／ｗであっ
た。寿命試験として、温度２５℃２０ｍＡ通電、温度２
５℃６０ｍＡ通電の各試験においても長時間にわたっ
て、発光出力が維持できることを確認した。

【００４９】（比較例１）マウント部材及び色変換部材
の基材をそれぞれエポキシ樹脂のみとした以外は実施例
１と同様にして発光ダイオードを形成させた。こうして
形成された発光ダイオードを実施例１と同様にして寿命
試験を行い実施例１と共に図６に示す。

【００５０】（実施例２）本願発明の発光ダイオードを
図４の如くＬＥＤ表示器５０１の１つであるディスプレ
イに利用した。実施例１と同様にして形成させた発光装
置である発光ダイオード４０１を銅パターンを形成させ
たポリカーボネート基板上に、１６×１６のマトリック
ス状に配置させた。基板と発光ダイオード４０１とは自
動ハンダ実装装置を用いてハンダ付けを行った。次にフ
ェノール樹脂によって形成された筐体４０４内部に配置
し固定させた。遮光部材４０５は、筐体４０４と一体成
形させてある。発光ダイオード４０１の先端部を除いて
筐体４０４、発光ダイオード４０１、基板及び遮光部材
４０５の一部をピグメントにより黒色に着色したシリコ
ンーゴム４０６によって充填させた。

【００５１】その後、常温、７２時間でシリコーンゴム
を硬化させＬＥＤ表示器５０１を形成させた。このＬＥ
Ｄ表示器と、入力される表示データを一時的に記憶させ
るＲＡＭ５０４（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍ
ｏｒｙ）及びＲＡＭ５０４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５０３と階調制御回路５０３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５０２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。ＬＥ
Ｄ表示器を駆動させ白黒ＬＥＤ表示装置として駆動でき
ることを確認した。

【００５２】

【発明の効果】本願発明はＬＥＤチップと基板を接着さ
せるためのマウント部材に、ＬＥＤチップが発光した光
によって劣化しにくい無機部材を含有させる。これによ
って、マウント部材の樹脂が劣化する部位をさらに薄く
かつ少なくさせることができる。そのため、劣化による
着色部位をより少なくし発光光率の低下を防ぐと共に接
着性を得ることができるものである。

【００５３】また、より耐光性の高い基材によって色変
換部材を構成させることによって、ＬＥＤチップからの
光、蛍光物質によって反射された光などによる着色を抑
制し発光光率の低下を防ぐことができる。

【００５４】特に、本願発明の請求項１の構成とするこ
とにより高出力かつ高エネルギーで発光可能な窒化物系
化合物半導体を利用したＬＥＤチップと蛍光物質とを利
用した発光ダイオードとした場合においても、長時間高
輝度時の使用下においても発光効率の低下が極めて少な
い発光ダイオードとすることができる。

【００５５】本願発明の請求項２の構成とすることによ
り、種々のＬＥＤチップの形態を用いることができる。
また、より簡便に高輝度、長時間の使用においても発光
光率の低下が極めて少ない白色系などが発光可能な種々
の発光ダイオードとすることができる。さらに、熱伝導
性の良い部材を用いることでＬＥＤチップの特性を安定
化させ色むらを低減させることもできる。

【００５６】本願発明の請求項３の構成とすることによ
り、接着性を持たせつつより簡便に高輝度、長時間の使
用においても発光光率の低下が極めて少ない種々の発光
ダイオードとすることができる。

【００５７】本願発明の請求項４の構成とすることによ
り、種々の形状の発光ダイオードとすることができる。
蛍光物質の含有量や形状などにより種々の色調を調整さ
せることもできる。

【００５８】本願発明の請求項５の構成とすることによ
り、より耐光性が強く簡便に高輝度、長時間の使用にお
いても発光光率の低下が極めて少ない種々の発光ダイオ
ードとすることができる。

【００５９】本願発明の請求項６の構成とすることによ
り、比較的安価で高精細なＬＥＤ表示装置や視認角度に
よって色むらの少ないＬＥＤ表示装置とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の発光ダイオードの模式的
断面図である。

【図２】図２は、本願発明の他の発光ダイオードの模
式的断面図である。

【図３】図３は、発光ダイオードにおける光の閉じこ
めを説明するための模式的拡大図である。

【図４】図４は、本願発明の発光ダイオードを用いた
ＬＥＤ表示装置の模式図である。

【図５】図５は、図４に用いられるＬＥＤ表示器のブ
ロック図である。

【図６】図６（Ａ）は、本願発明の実施例１と比較の
ために示した比較例１の発光ダイオードとの温度２５℃
２０ｍＡ通電における寿命試験を示し、図６（Ｂ）は、
本願発明の実施例１と比較のために示した比較例１の発
光ダイオードとの温度２５℃６０ｍＡ通電における寿命
試験を示したグラフである。

【符号の説明】

１０１、２０１・・・マウント部材１０２、２０２・・・色変換部材１０３、２０３、３０３・・・ＬＥＤチップ１０４・・・基板であるマウント・リード１０５・・・インナー・リード１０６、２０６・・・モールド部材１０７、２０７・・・導電性ワイヤー２０４・・・パッケージ３１１・・・マウント部材を構成する樹脂３１２・・・マウント部材を構成する無機部材３２１・・・色変換部材の基材３２２・・・蛍光物質３３０・・・樹脂劣化した着色部４０１・・・発光ダイオード４０４・・・筐体４０５・・・遮光部材４０６・・・充填剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板(104)上にマウント部材(101)によっ
て固定されたＬＥＤチップ(103)と、該ＬＥＤチップ(10
3)からの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発
光する蛍光物質を含む色変換部材(102)とを有する発光
ダイオードであって、前記ＬＥＤチップ(103)の発光層が窒化物系化合物半導
体であると共に前記マウント部材が無機部材(312)含有
の樹脂であり、無機部材(312)は、球状、針状、およびフレーク状から
選択される形状であることを特徴とする発光ダイオー
ド。
【請求項２】前記色変換部材は、拡散剤を含有してい
ることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】請求項１記載の発光ダイオードをマトリ
ックス状に配置したＬＥＤ表示器と、該ＬＥＤ表示器と
電気的に接続させた駆動回路とを有するＬＥＤ表示装
置。