JP2004356116A

JP2004356116A - Light emitting diode

Info

Publication number: JP2004356116A
Application number: JP2003148315A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Ishii; 廣彦石井; Kazu Oishi; 和大石
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow color rendering properties and reproducibility to be compatible in a light emitting diode for the purpose of a white light using at least a blue light emitting diode element. <P>SOLUTION: The light emitting diode 20 includes, in addition to the blue light emitting diode element 5, a red light emitting diode element 6 mounted on a substrate 1, and particles 8 of a fluorescent substance for wavelength converting a blue light into a yellow light, mixed in a molding resin 10 coating the blue light emitting diode element 5 and the red light emitting diode element 6. Sufficient light emitting intensity is obtained in all visible light ranges by mixing the blue, the yellow and the red luminescences. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は読み取り装置やカメラ用等各種の用途に用いる照明光源、液晶パネル等表示装置のバックライトの光源、ＬＥＤデイスプレイ等に用いられる発光ダイオードに関し、特に白色発光又は又は中間色の発光を目的とした発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（以下ＬＥＤともいう。）の素子は小型で発光効率が良く、鮮やかな色の発光をする。又、半導体素子であるために、長寿命であり、優れた駆動特性を有する。このため、上記した各種の用途において、特に小型、薄型に適したものとして利用されている。近年、高輝度、高効率な発光ダイオードとしてＲＧＢ（赤、緑、青色）などの発光ダイオードがそれぞれ開発された。これに伴いＲＧＢの三原色を利用したＬＥＤデイスプレイが白色および中間色の照明用として、その特徴を生かして広く用いられるようになった。
【０００３】
発光ダイオードは使用される発光層の半導体材料、形成条件などによって、紫外から赤外までの種々の発光波長を放出させることが可能である。又、優れた単色性ピーク波長を有する。よって、発光波長の異なる発光ダイオードを組み合わせることにより、所望の色の発光を得ることは原理的には可能である。
【０００４】
このような、発光波長の異なる発光ダイオード素子を組み合わせた発光ダイオードの一例として、Ｒ（赤色）ＬＥＤチップ（発光ダイオード素子）と、Ｇ（緑色）ＬＥＤチップと、Ｂ（青色）ＬＥＤチップとからなる多色発光素子（多色発光ダイオード）が従来より知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５０４４号公報（図１）
【０００６】
しかし、このような発光ダイオード素子（以下ＬＥＤ素子ともいう。）の組み合わせよりなる発光ダイオード（多色発光素子）に関していえば、各発光ダイオード素子すなわち、Ｒ（赤色）ＬＥＤチップと、Ｇ（緑色）ＬＥＤチップと、Ｂ（青色）ＬＥＤチップは優れた単色性ピーク波長を有するが故に、白色系発光光源などとさせるためには、演色性に欠けるという問題がある。ここに演色性とは、同一の物体でも照明光源が異なれば色の見えは異なるところ、ある照明光源のこの物体色の見えに及ぼす影響を、基準となる照明光源（昼の自然光等）を基準にして現したものを演色といい、この演色の特性を演色性という。演色性は色の見えの一致度が高いほどよいが、物体色によっても変わるので、ＣＩＥの演色性評価の方法においては、物体色として、複数種類（１５種類）のものをきめておき、これらのうちの特定の数種類に対する演色性の平均値Ｒａをもって、演色性の評価を行う。例えば上記の特許文献１の記載に類するようなＲＧＢのＬＥＤチップの組み合わせよりなる発光ダイオードの場合発光スペクトルは図１０（ａ）のＳ１に示すようになり、ＲとＧ、ＧとＢの間にスペクトル強度の弱い谷間が広く存在する。特にＲとＧの間の谷間の領域（５５０〜６１０ｎｍ）は幅も広くスペクトル強度の落ち込みも大きい。即ち自然光のスペクトル特性とは違いが大きくなる。そのために、演色性は低くなり、Ｒａ＝１２程度となる（自然光の場合はＲａ＝１００）。なお、演色性が低くなると、物体の反射光を検出するスキャナー装置等読み取り装置、その他の照明の光源として用いるには不適当となると考えられる。
【０００７】
さらに、かかるＲＧＢのＬＥＤチップ（又はＬＥＤ素子）の組み合わせよりなる発光ダイオードの場合、一般にＬＥＤ素子の色の種類により、素子の厚みが変わるので、色により発光面がずれ、均一な混合色を得ることが困難となるという問題もある。
【０００８】
そこで、上記の２つの問題点を改善するべく、ＬＥＤ素子の発光色を蛍光体で色変換させた白色発光ダイオードが開発された（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献２】
特許第２９２７２７９号公報（図１、図３）
【００１０】
前記特許文献２に記載された白色発光ダイオードによれば、ＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤ
素子をリードフレーム内のカップ部分の底部に取り付けて配線し、そのカップ部分にＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を分散させた樹脂を充填して、前記青色ＬＥＤ素子を被覆する構造とした（特許文献２の図１参照）。これにより、例えば４６０ｎｍ付近にピーク波長を有する
青色ＬＥＤ素子の発光の一部は上記の蛍光体に吸収され、ピーク波長が５６０ｎｍ前後の黄緑色の発光に変換される。この結果、この白色発光ダイオードの発光スペクトルは図１０（ｂ）のＳ２に示すように、ピーク波長４６０ｎｍの青色ＬＥＤ素子からの発光と、ピーク波長が５６０ｎｍの蛍光体からの発光が見られる。これからもわかるように、この白色発光ダイオードは可視光領域のほとんどの領域で発光するため、演色性がよく、平均演色評価数Ｒａが８０を超えている。
よって、前記のＲＧＢのＬＥＤチップの組み合わせよりなる発光ダイオードにおけるような演色性の低下の問題は改善される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、青色ＬＥＤ素子と蛍光体を備えた白色発光ダイオードについても以下に述べるような問題がある。すなわち、図１０（ｂ）のＳ２に示す発光スペクトルからもわかるように、赤色の領域のうち特に波長が６３０ｎｍを超える領域においては、発光スペクトルの強度が他の波長領域（可視光）における発光スペクトルの強度と比較してかなり低下している。よって、かかる赤色領域における再現性に欠けることとなる。例えば、赤色領域における物体色を有する照明対象を照明した場合、その反射光の赤色成分は、自然光で照明した場合に比して大幅に低下し、反射光の再現性が欠けることとなる。本発明は▲１▼このような青色ＬＥＤ（ＧａＮ系青色ＬＥＤ）素子と蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）を組合わせた従来の白色ＬＥＤにおける再現性の欠如の問題、▲２▼Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ素子を組み合わせてなる白色ＬＥＤ素子におけるような、上記した演色性欠如の問題と素子の厚みの違いに起因して生ずる混合色の不均一性の問題がなくなるように改善することを解決すべき課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、発光ダイオードにおいて
、青色発光ダイオード素子と蛍光体の他に、赤色波長の発光ダイオード素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するためにその第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、赤色波長の発光ダイオード素子のピーク波長は６１５ｎｍ乃至６８０ｎｍであることを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するためにその第３の手段として本発明は、発光ダイオードにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の発光ダイオード素子の他に、これらの発光ダイオード素子とはピーク波長の異なるＹ（ＹＧ）及び又はＲ領域又は赤外領域の発光ダイオード素子を備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するためにその第４の手段として本発明は、互いに発光色の異なる複数の発光ダイオード素子を有する発光ダイオードにおいて、実効的な発光面の高さを揃えることにより、均一な混色を可能することを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決するためにその第５の手段として本発明は、前記第４の手段の発光ダイオードにおいて、発光ダイオード素子を搭載する基板に凹部を設け、該凹部に複数の発光ダイオード素子のうちの少なくとも１つを固定することにより、実効的な発光面の高さを揃えることを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するためにその第６の手段として本発明は、前記第４の手段の発光ダイオードにおいて、発光ダイオード素子を搭載する基板にスペーサー（メタル座布団）を設け、該スペーサーの上に複数の発光ダイオード素子のうちの少なくとも１つを固定することにより、実効的な発光面の高さを揃えることを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するためにその第７の手段として本発明は、前記第４の手段の発光ダ
前記発光ダイオードにおいて、少なくとも１つの発光ダイオード素子の素子ベースの一部を除去することにより、実効的な発光面の高さを揃えることを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するためにその第８の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第３の手段のいずれかの発光ダイオードにおいて、互いに発光色の異なる複数の発光ダイオード素子の、実効的な発光面の高さを揃えることにより、均一な混色を可能することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１実施形態につき図面を用いて説明する。図１は本第１実施形態に係る白色用発光ダイオード２０の構成を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１において、１はガラス繊維入りのエポキシ樹脂よりなる矩形状の基板であり、２、３、４はそれぞれ前記基板１にパターン形成された外部接続用の電極であり、２は負電圧を加える共通電極パターン、３は青色用電極パターン、４は赤色用電極パターンである。５は青色光を発光する青色ＬＥＤ素子（青色発光ダイオード素子）、６は赤色光を発光する赤色ＬＥＤ素子（赤色発光ダイオード素子）である。青色ＬＥＤ素子５はＧａＮ系のｐｎ半導体層を絶縁サファイア基板上に形成してなるものであるが、サファイア絶縁基板５ｃを前記前記共通電極パターン２に接着固定し、青色ＬＥＤ素子５のｎ層電極５ｂを結線手段（ボールボンダー等）により共通電極パターン２接続し、青色ＬＥＤ素子５のｐ層電極５ａを結線手段により青色用電極パターン３に接続する。ｐ−ｎ接合タイプの赤色ＬＥＤ素子６のｎ層６ｂをＡｇペースト７を介して前記共通接続電極２に接続し、赤色ＬＥＤ素子６のｐ層電極６ａを結線手段により赤色用電極パターン４に接続する。
【００２１】
このようにして、基板１上に取り付けられ、接続がなされた青色ＬＥＤ素子５および赤色ＬＥＤ素子６の上を、粒子状のＹＡＧ蛍光体８をエポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂よりなる樹脂基材９内に混入、分散させてなる被覆樹脂部材１０でモールドして覆う。被覆樹脂部材１０は、前記共通電極パターン２、青色用電極パターン３、赤色用電極パターン４の引き出し部を残して基板１の上面に略直方体形に形成される。
【００２２】
前記の前記共通電極パターン２、青色用電極パターン３、赤色用電極パターン４の引き出し部を図示しない回路基板の配線に接続し、共通電極パターン２に負電圧を加え、青色用電極パターン３および赤色用電極パターン４にそれぞれ所要の正電圧を加えると、一例として、青色ＬＥＤ素子５はピーク波長が略４８０ｎｍの青色光を発光し、赤色ＬＥＤ素子６はピーク波長が略６５０ｎｍの赤色光を発光する。ここで、前記青色光の一部は、前記樹脂基材９中に分散させられたＹＡＧ蛍光体８に吸収されてこれを励起し、ピーク波長が略５８０ｎｍの黄色光の発光をする。なお、前記青色光のうちＹＡＧ蛍光体８に吸収されない部分は青色光として残っている。このようにして、本第１実施形態に係る白色用発光ダイオード２０においては、前記の青色光、黄色光、赤色光が混色された形で外部に出射する。
【００２３】
ここで、図５および図６は本第１実施形態に関連する発光のスペクトルを示す図であり、図５（ａ）は図１の発光ダイオード２０において青色ＬＥＤ素子５のみを発光させた場合のスペクトルＳｂを示す図、図５（ｂ）は発光ダイオード２０において赤色ＬＥＤ素子６のみを発光させた場合のスペクトルＳｒを示す図である。図６は発光ダイオード２０において青色ＬＥＤ素子５および赤色ＬＥＤ素子６を共に発光させた場合のスペクトルＳ１０を示す図である。図１に示す青色電極パターン３のみに正電圧を加えることにより青色ＬＥＤ素子５のみを発光させた場合、ＹＡＧ蛍光体８の存在により、すでに述べた原理により、黄色光も励起され、図５（ａ）のスペクトルＳｂは略４８０ｎｍのピーク波長を有する急峻なスペクトルと略５８０ｎｍのピーク波長を有するなだらかなスペクトルが合成されて、つながった形となっている。この場合は、従来例として特許文献２に示された青色発光ダイオード素子と蛍光体を有する従来の発光ダイオードのスペクトル特性（図１０（ｂ）のＳ２参照）に対応、近似するものである。図１に示す赤色電極パターン４のみに正電圧を加えることにより赤色ＬＥＤ素子６のみを発光させた場合の発光のスペクトルは図５（ｂ）のスペクトルＳｒに示すようにピーク波長が略６５０ｎｍの急峻なスペクトルとなる。
【００２４】
図１に示す発光ダイオード２０において、青色ＬＥＤ素子５および赤色ＬＥＤ素子６を共に発光させた場合の発光のスペクトルは図６のＳ１０に示すように、図５（ａ）に示すスペクトルＳｂと、図５（ｂ）に示すスペクトルＳｒが合成された形となり、ピーク波長が略４８０ｎｍの青色のスペクトルとピーク波長が略６７０ｎｍの赤色のスペクトルの間が略５８０ｎｍのピーク波長を有するなだらかなスペクトルにより埋められている形となる。よって、可視光領域においては、スペクトルの落ち込みは少なく、演色性は高くなるとともに、赤色領域においてもスペクトルの強度が、赤色ＬＥＤ素子６の存在により従来よりも格段に補強されているため、再現性に優れたものとなる。
【００２５】
なお、発光ダイオード１０の発光色は混色の結果、白色となるように、前記の青色光、黄色光、赤色光の強度の比率が設定されている。ここで、青色光の強度を基準として、黄色光の強度はＹＡＧ蛍光体８の含有量により調整することができ、赤色光の強度は赤色電極パターン４に加える正電圧により調整することができる。
【００２６】
以下に、青色ＬＥＤ素子とＹＡＧ蛍光体のみよりなる従来の白色発光ダイオードとして、スペクトル特性が図５（ａ）のＳｂのもの（以下ｗｈｉｔｅとする。）と、本第１実施形態として、さらに赤色ＬＥＤ素子を有するものとして、スペクトル特性が図６のＳ１０のもの（以下ｗｈｉｔｅ＋Ｒｅｄとする。）につき、ＣＩＥの演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５を対比した値を表１に示す。
【表１】

表１に示すように本第１実施形態の発光ダイオード（ｗｈｉｔｅ＋ｒｅｄ）は従来の白色発光ダイオード（ｗｈｉｔｅ）に比較して、特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５において向上が見られ、特にＲ９においてはー１９．４から８７．０へと顕著な向上が見られ、このことからも赤色領域おける再現性が大幅に向上していることがわかる。なお、ｗｈｉｔｅ＋ｒｅｄはｗｈｉｔｅに比して図６のＳ１０に示すように可視光の波長領域でスペクトルの欠落部がほとんどなくなっているので、ＣＩＥの試験色ＮＯ．１〜ＮＯ．８に対する演色評価数の平均である演色評価数Ｒａについても、７４．９から８９．４へと向上し、良好な値となっている。
【００２７】
このように、本第１実施の形態の発光ダイオードはＧａＮ系青色ＬＥＤ素子とＹＡＧ蛍光体に赤色波長を有するＬＥＤ素子を組み合わせることにより、あらゆる領域における再現性を高めることができる。又、表１には示していないが、色温度Ｔｃについては、ｗｈｉｔｅの場合はＴｃ＝７７３８．０、ｗｈｉｔｅ＋ｒｅｄの場合は
Ｔｃ＝６５２１．１となっており、いずれも５０００以上であるので、ＣＩＥの方式に従がい、基準の光としてＣＩＥ昼光を用いて上記の演色の評価を行った。なお、上記に示した具体例においては、赤色ＬＥＤ素子のピーク波長は６５０ｎｍとなっているが、本第１実施形態はこれに限らずピーク波長が６１５〜６８０ｎｍの赤色ＬＥＤ素子を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
次に参考までに、前記のｗｈｉｔｅ＋ｒｅｄの発光ダイオードの光学特性をｗｈｉｔｅの発光ダイオードと比較したデータを表２に示す。
【表２】

ここで、λｄは主波長といわれるものである。ｐｕｒｉｔｙは色純度といわれるもので、ＣＩＥ色度図において、単色光である前記主波長λｄへの近似度を示す数値であり、これが小さいほど混色の程度が大となる。ＩＶは光度を示す記号であり、ミリカンデラ（ｍｃｄ）を単位として現したものである。ｘ、ｙはＣＩＥ色度図の座標である。
表２からわかるように、本第１実施形態の発光ダイオード（ｗｈｉｔｅ＋ｒｅｄ）の発光は十分に色純度が低く、光度も十分に高く、色度が略白色のものが得られている。このように、本第１実施形態によれば、広範囲で再現性が高まり、より自然色に近い色を表現することが可能である。
【００２９】
なお、本第１実施形態の発光ダイオードの色度は上記のような略白色のものに限定されるものではない。すなわち、赤色ＬＥＤ素子６を組み込むことにより演色性が高められているので、例えば、青色ＬＥＤ素子５に加える電圧を調整することにより、演色性、再現性を保持したまま、色調についてかかなり自由に調整することができる。
【００３０】
更には、図示は省略するが、本第１実施形態の変形例として、赤色ＬＥＤ素子６に追加して、又はこれに置き換えて赤外領域のＬＥＤ素子を組み合わせることもできる。この場合は赤外領域の再現性が向上し、例えば、いわゆるナイトショットに対応する照明光源として利用できるようになる。
【００３１】
以下に、本発明の第２実施形態につき図面を用いて説明する。図２は本第２実施形態に係る発光ダイオード３０の構成を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図２において、１１は基板１に設けられた凹部であり、この部分にも共通電極パターン２の一部が設けられ、凹部１１部以外の基板１の部分に設けた共通電極パターン２とつながっている。赤色ＬＥＤ素子６のｎ層６ｂをＡｇペースト７を介して凹部１１内の共通電極パターン２の上に接続し、赤色ＬＥＤ素子６のｐ層電極６ａを結線手段により赤色用電極パターン４に接続する。他の構成は図１に示す発光ダイオード１０と同様である。ここで、例えば赤色ＬＥＤ素子６の高さは０．３ｍｍ、青色ＬＥＤ素子５の高さは０．１ｍｍ、凹部１１の深さは０．２ｍｍである。よって、図１に示すような構成の場合には、赤色ＬＥＤ素子６と青色ＬＥＤ素子５の高さが揃わず、赤色ＬＥＤ素子６が０．２ｍｍばかり飛び出していた。これに対し、本第２の実施形態にいては、図３に示すように凹部１１を設けることにより、その深さ（０．２ｍｍ）の分だけ赤色ＬＥＤ素子６が引っ込み、赤色ＬＥＤ素子６と青色ＬＥＤ素子５の基板１からの高さは同一（０．１ｍｍ）の高さに揃えることができる。この結果、混色が均一に行われ、場所に拘わらず均一な発光色が得られる。すなわち、本第２実施形態によれば、図１に示した第１実施形態と同様に広範囲で再現性を高め、より自然色に近い色を表現することを可能とするとともに、更に発光色の均一性が向上し、照明光がひろがっても、場所にかかわらず均一な色合の照明光を得ることができる。
【００３２】
以下に本発明の第３実施形態につき図面を用いて説明する。図３は本第３実施形態に係る発光ダイオード４０の構成を示す図である。図３において、１２は基板１の上の共通電極パターン２上に固着されたスペーサーとしてのメタル座布団である。そのメタル座布団１２の上に青色ＬＥＤ素子５の絶縁サファイア基板５ｃを接着固定する。青色ＬＥＤ素子５のｎ層電極５ｂを結線手段により共通電極パターン２に接続し、ｐ層電極５ａを結線手段により、青色用電極パターン３に接続する。他の構成は図１に示す発光ダイオード２００と同様である。ここで、メタル座布団の厚みが例えば０．２ｍｍであり、赤色ＬＥＤ素子６の高さは０．３ｍｍ、青色ＬＥＤ素子５の高さは０．１ｍｍである場合には、赤色ＬＥＤ素子６と青色ＬＥＤ素子５の基板１からの高さは同一（０．３ｍｍ）の高さに揃えることができる。この結果、混色が均一に行われ、場所に拘わらず均一な発光色が得られ、図２に示した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
以下に本発明の第４実施形態につき図面を用いて説明する。図４は本第４実施形態に係る発光ダイオードに使用する赤色ＬＥＤ素子の高さを揃える方法を示す図である。図４（ａ）は赤色ＬＥＤ素子６の通常品を示す図である。この場合ｎ層の素子ベース６ｂとｐ層６ｃの間にｐｎ接合の活性層６ｄが存在する（ｐ層６ｃにはｐ層電極６ａが取り付けられている。）。この赤色ＬＥＤ素子６の通常品は、すでに述べたように青色ＬＥＤ素子よりも高さが高いので、図４（ｂ）に示すように、赤色ＬＥＤ素子６のｎ層の素子ベース６ｂの一部（点線の部分）を機械的方法又は化学的方法により除去することにより、その除去後の赤色ＬＥＤ素子６Ｂの高さを青色ＬＥＤ素子の高さと揃えることができる。このような赤色ＬＥＤ素子６Ｂを図１に示す赤色ＬＥＤ素子６の代わりに用いて、図１に示す発光ダイオード２０と同様の接続により発光ダイオードを構成すれば、青色発光ＬＥＤ素子と赤色ＬＥＤ素子の基板１からの高さは同一となり、すでに説明した原理により、混色が均一に行われ、場所にか拘わらず均一な発光色が得られ、図３に示した第３実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図４に示した赤色ＬＥＤ素子６はｐ層（６ｃ）に電極がとりつけられ、ｎ層６ｂは電極が取り付けられていない基板となっているが、逆にｎ層に電極が取り付けられ、ｐ層が電極が取り付けられていない基板となっている構造の赤色ＬＥＤ素子においては、ｐ層の基板を除去することにより、上記したのと同様の効果を得ることができる（但し、ｎ層の電極には負電圧を、ｐ層の基板には正電圧を加える必要がある。）。
【００３４】
以下に本発明の第５実施形態に係る発光ダイオードつき図面を用いて説明する。図７および図８は本第５実施形態に係る発光ダイオード５０の構成を示す図である。発光ダイオード５０は、５本の足ピン２２ｂ、２５ｂ、２６ｒ、２７ｇ、２８ｙを備えたステム３２の上にそれぞれ青色、緑色、赤色及び黄色の発光をするＬＥＤ素子を配置してなるいわゆるフルカラーの発光ダイオードである。ここで、３５ｂは青色ＬＥＤ素子、３６ｒは赤色ＬＥＤ素子、３７ｇは緑色ＬＥＤ素子、３８ｙは黄色ＬＥＤ素子である。ここで、青色ＬＥＤ素子３５ｂはステム３２の中央部にメタル座布団１２を介して接着固定されている。ｐ−ｎ接合タイプの赤色ＬＥＤ素子３６ｒ、緑色ＬＥＤ素子３７ｇ、黄色ＬＥＤ素子３８ｙはステム３２上で中央部を囲むようにして配置され、これらのＬＥＤ素子のｎ層をＡｇペースト等導電性接着剤を介してステム３２側に電気的に接続する。足ピン２２ｂはステム３２に電気的に接続されており負電極が一体的に形成されている。この足ピン２２ｂに青色ＬＥＤ素子３５ｂのｎ層電極が結線される。一方、青色ＬＥＤ素子３５ｂ、赤色ＬＥＤ素子３６ｒ、緑色ＬＥＤ素子３７ｇ、黄色ＬＥＤ素子３８ｙの各ＬＥＤ素子のｐ層電極（Ａｕ電極）は、ステム３２と絶縁された電極端子としての足ピン２５ｂ、２６ｒ、２７ｇ、２８ｙとそれぞれボールボンダー等の結線手段により結線され、正電極がそれぞれ形成される。次に図８に示すように、このような結線の上に透光性樹脂によるモールド４５が形成される。
【００３５】
このような構成において、共通な負電極である足ピン２２ｂと正電極である足ピン２５ｂ、２６ｒ、２７ｇ、２８ｙとの間にそれぞれ電圧を印加することにより、発光ダイオード５０は青色、緑色、赤色の他に黄色の発光が互いの混色してなるフルカラーの発光を出射する。ここで、例えば、青色ＬＥＤ素子３５ｂ、緑色ＬＥＤ素子３７ｇ、黄色ＬＥＤ素子３８ｙ、赤色ＬＥＤ素子３６ｒの各ピーク波長がそれぞれ、４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、５９０ｎｍ、６６０ｎｍのものを用いた場合、これらが混色されてなる発光ダイオード５０の発光のスペクトルは図９のＳ５０に示される。これによれば、図１０（ａ）のＳ１に示す従来のＲＧＢのフルカラーの発光のスペクトルに比較して、赤色と緑色の間のスペクトルの落ち込みが大幅に減少している。このために、自然光への近似度が高まり、従来よりも演色性が向上する。又、本第５実施形態の発光ダイオードの発光のスペクトルは、図９のＳ５０に示すように、赤色の領域において十分に高いスペクトル強度を有しているので、青色ＬＥＤ素子と蛍光体を備えた従来の発光ダイオードの発光スペクトル（図１０（ｂ）のＳ２）と比較した場合に赤色領域におけるスペクトル強度が顕著に増加しており、このため、従来よりも赤色領域における再現性が向上している。なお、上記の事例においては、黄色ＬＥＤ素子としてピーク波長がＹの領域のものを用いたが、本第５実施形態はこれに限るものではなく、場合に応じてＹからＹＧにかけての波長のものを使用を使用することができる。
【００３６】
なお、本第５実施形態においては、他のＬＥＤ素子と比較して、高さの低い青色ＬＥＤ素子３５ｂをメタル座布団１２を介してステム３２に固定することにより、すべてのＬＥＤ素子のステム３２の面からの高さが略等しくなるように固定されている。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ（黄色）の混色が均一に行われ、場所にかかわらず均一は発光色を得ることができる。
【００３７】
本第５実施形態の場合も、黄色ＬＥＤ素子３８を組み込むことにより演色性が高められているので、例えば、他のＬＥＤ素子に加える電圧を調整することにより、演色性、再現性を保持したまま、色調については白色を含め、ほぼ任意の色に調整することができる。
【００３８】
本第５実施形態の変形例として、図示は省略するが、上記の赤色ＬＥＤ素子（３６ｒ）の他にこれとは波長の異なる赤色領域又は赤外領域の波長のＬＥＤ素子を組み合わせることにより、更に広い波長範囲で再現性および演色性を高めることが可能である。
【００３９】
以上に述べてきた本発明の実施の形態においては、再現性、又は演色性を改善するため、赤色のＬＥＤ素子又は黄色のＬＥＤ素子を組み合わせた例につき説明した。しかし、本発明はこれらに限るものではなく、多色発光を含む各種の発光ダイオードにおいて、再現性に欠ける波長領域について、その波長を有するＬＥＤ素子を組み合わせることにより、演色性、再現性を高めることが本発明に属するものであり、上記組み合わせられるＬＥＤ素子の波長は、必要に応じ、可視光の領域から赤外の領域までを広く選択することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、白色発光等を目的とした発光ダイオードにおいて、その発光について、▲１▼広い波長波範囲で再現性が高まり、より自然色に近い発光を得ることができるようになる。▲２▼更には、必要に応じて赤外領域での再現性を高めることにより、ナイトショットに適した発光ダイオードとすることも可能である。▲３▼又、所定領域の波長のＬＥＤ素子が加えられているので、演色性を保持した状態で、かなり大幅に色調を調整することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るＬＥＤ素子の高さを揃える方法を示す図である。
【図５】図１に示す発光ダイオードに関する部分的な発光のスペクトルを示す図である。
【図６】図１に示す発光ダイオードの全体的な発光のスペクトルを示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る発光ダイオードの構成を示す側面図である。
【図９】図７に示す発光ダイオードの発光のスペクトルを示す図である。
【図１０】従来の白色発光ダイオードの発光のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１基板
２共通電極パターン
３青色用電極パターン
４赤色用電極パターン
５、３５ｂ青色ＬＥＤ素子
６、３６ｒ赤色ＬＥＤ素子
７Ａｇペースト
８ＹＡＧ蛍光体
９樹脂基材
１０被覆樹脂部材
１１凹部
１２メタル座布団
２０、３０、４０、５０発光ダイオード
２２ｂ、２５ｂ、２６ｒ、２７ｇ、２８ｙ足ピン
３２ステム
３７ｇ緑色ＬＥＤ素子
３８ｙ黄色ＬＥＤ素子
４５モールド[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination light source used for various applications such as a reading device and a camera, a light source for a backlight of a display device such as a liquid crystal panel, and a light emitting diode used for an LED display and the like, in particular, for emitting white light or light of a neutral color. It relates to a light emitting diode.
[0002]
[Prior art]
An element of a light emitting diode (hereinafter, also referred to as an LED) is small, has high luminous efficiency, and emits bright colors. Also, since it is a semiconductor element, it has a long life and has excellent driving characteristics. For this reason, it is used in various applications as described above, which is particularly suitable for being small and thin. In recent years, light emitting diodes such as RGB (red, green, and blue) have been developed as light emitting diodes with high luminance and high efficiency. Along with this, LED displays utilizing the three primary colors RGB have been widely used for illumination of white and intermediate colors, taking advantage of their features.
[0003]
The light emitting diode can emit various emission wavelengths from ultraviolet to infrared depending on the semiconductor material of the light emitting layer used, the forming conditions, and the like. Also, it has an excellent monochromatic peak wavelength. Therefore, it is possible in principle to obtain light emission of a desired color by combining light emitting diodes having different emission wavelengths.
[0004]
An example of such a light emitting diode in which light emitting diode elements having different emission wavelengths are combined includes an R (red) LED chip (light emitting diode element), a G (green) LED chip, and a B (blue) LED chip. 2. Description of the Related Art A multicolor light-emitting element (multicolor light-emitting diode) is conventionally known (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-15044 (FIG. 1)
[0006]
However, regarding a light-emitting diode (multicolor light-emitting element) composed of a combination of such light-emitting diode elements (hereinafter also referred to as LED elements), each light-emitting diode element, namely, an R (red) LED chip and a G (green) LED chip. Since the LED chip and the B (blue) LED chip have excellent monochromatic peak wavelengths, there is a problem in that the LED chip lacks color rendering in order to be used as a white light source. Here, the color rendering property means that even if the same object has a different illumination light source, the color appearance is different, and the influence of a certain illumination light source on the appearance of this object color is based on a reference illumination light source (natural daylight or the like). This is called color rendering, and the characteristics of this color rendering are called color rendering. The higher the degree of matching of color appearance is, the better the color rendering property is, but it also depends on the object color. Therefore, in the CIE color rendering property evaluation method, a plurality of (15) object colors are determined as object colors. The color rendering properties are evaluated by using the average value Ra of the color rendering properties for a plurality of specific types. For example, in the case of a light emitting diode composed of a combination of RGB LED chips similar to the description of Patent Document 1, the emission spectrum is as shown by S1 in FIG. 10A, and between R and G, and between G and B. There are wide valleys with weak spectral intensities. In particular, the region between the valleys between R and G (550-610 nm) is wide and has a large drop in spectral intensity. In other words, the difference from the spectral characteristics of natural light increases. For this reason, the color rendering properties are reduced, and Ra is about 12 (Ra = 100 in the case of natural light). If the color rendering property is low, it is considered that the color rendering property is unsuitable for use as a reading device such as a scanner device for detecting the reflected light of an object or other light source for illumination.
[0007]
Furthermore, in the case of a light emitting diode comprising a combination of such RGB LED chips (or LED elements), the thickness of the element generally varies depending on the color of the LED element, so that the light emitting surface shifts depending on the color and a uniform mixed color is obtained. There is also a problem that it becomes difficult.
[0008]
Then, in order to improve the above two problems, a white light emitting diode in which the emission color of the LED element is converted by a phosphor has been developed (for example, see Patent Document 2).
[0009]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2927279 (FIGS. 1 and 3)
[0010]
According to the white light emitting diode described in Patent Document 2, an InGaN-based blue LED
The device is attached to the bottom of the cup portion in the lead frame and wired, and the cup portion is filled with a resin in which a phosphor such as a YAG phosphor is dispersed to cover the blue LED device (Patent Document 1) 2 FIG. 1). Thereby, for example, it has a peak wavelength near 460 nm.
Part of the light emitted from the blue LED element is absorbed by the above-mentioned phosphor, and is converted into yellow-green light having a peak wavelength of about 560 nm. As a result, as shown in S2 of FIG. 10B, the emission spectrum of the white light emitting diode includes light emission from the blue LED element having the peak wavelength of 460 nm and light emission from the phosphor having the peak wavelength of 560 nm. As can be seen from this, since the white light emitting diode emits light in most of the visible light region, it has good color rendering properties, and the average color rendering index Ra exceeds 80.
Therefore, the problem of a decrease in the color rendering property as in the light emitting diode including the combination of the RGB LED chips is improved.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, a white light emitting diode having a blue LED element and a phosphor also has the following problems. That is, as can be seen from the emission spectrum indicated by S2 in FIG. 10B, in the red region, especially in the region where the wavelength exceeds 630 nm, the intensity of the emission spectrum has an emission spectrum in another wavelength region (visible light). The strength is considerably lower than that of Therefore, reproducibility in such a red region is lacking. For example, when an illumination target having an object color in the red region is illuminated, the red component of the reflected light is significantly reduced as compared with the case of illumination with natural light, and the reproducibility of the reflected light is lacking. The present invention relates to (1) the problem of lack of reproducibility in a conventional white LED combining such a blue LED (GaN-based blue LED) element and a phosphor (YAG-based phosphor); In order to eliminate the problem of lack of color rendering property and the problem of non-uniformity of mixed colors caused by the difference in the thickness of the element as in the white LED element obtained by combining the three color LED elements of B. These are issues to be solved.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a first means for solving the above problems, the present invention relates to a light emitting diode.
And a red light emitting diode element in addition to the blue light emitting diode element and the phosphor.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the first aspect, the peak wavelength of the red wavelength light emitting diode element is 615 nm to 680 nm.
[0014]
As a third means for solving the above-mentioned problem, the present invention relates to a light-emitting diode, in addition to light-emitting diode elements of three colors of R, G, and B, and a light-emitting diode element having a different peak wavelength from these light-emitting diode elements. (YG) and / or an R region or infrared region light emitting diode element.
[0015]
As a fourth means for solving the above problem, the present invention provides a light emitting diode having a plurality of light emitting diode elements emitting light of different colors from each other, so that the height of the effective light emitting surface is made uniform to achieve uniform color mixing. It is characterized by being able to.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a light emitting diode according to the fourth aspect, wherein a recess is provided on a substrate on which the light emitting diode element is mounted, and the recess includes a plurality of light emitting diode elements. By fixing at least one of the above, the height of the effective light emitting surface is made uniform.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a light emitting diode according to the fourth aspect, wherein a spacer (metal cushion) is provided on a substrate on which the light emitting diode element is mounted, and a plurality of light emitting diodes are provided on the spacer. By fixing at least one of the light emitting diode elements described above, the height of the effective light emitting surface is made uniform.
[0018]
As a seventh means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a light emitting device according to the fourth means.
In the light emitting diode, a part of an element base of at least one light emitting diode element is removed to make an effective height of a light emitting surface uniform.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light-emitting diode according to any one of the first to third means, comprising: By uniform height of the light emitting surfaces, uniform color mixture is possible.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of a white light emitting diode 20 according to the first embodiment. FIG. 1A is a top view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. is there. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rectangular substrate made of an epoxy resin containing glass fiber,

reference numerals

2, 3, and 4 denote electrodes for external connection patterned on the substrate 1, and reference numeral 2 denotes a negative voltage. The common electrode pattern, 3 is a blue electrode pattern, and 4 is a red electrode pattern. Reference numeral 5 denotes a blue LED element (blue light emitting diode element) that emits blue light, and reference numeral 6 denotes a red LED element (red light emitting diode element) that emits red light. The blue LED element 5 is formed by forming a GaN-based pn semiconductor layer on an insulating sapphire substrate. A sapphire insulating substrate 5c is fixedly adhered to the common electrode pattern 2 to form an n-layer electrode of the blue LED element 5. 5b is connected to the common electrode pattern 2 by a connection means (such as a ball bonder), and the p-layer electrode 5a of the blue LED element 5 is connected to the blue electrode pattern 3 by the connection means. The n-layer 6b of the pn junction type red LED element 6 is connected to the common connection electrode 2 via an Ag paste 7, and the p-layer electrode 6a of the red LED element 6 is connected to the red electrode pattern 4 by a connection means. I do.
[0021]
In this way, the YAG phosphor 8 in the form of particles is placed in the resin base 9 made of epoxy resin or silicon resin on the blue LED element 5 and the red LED element 6 attached and connected on the substrate 1. It is molded and covered with the coating resin member 10 mixed and dispersed. The coating resin member 10 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape on the upper surface of the substrate 1 except for the lead portions of the common electrode pattern 2, the blue electrode pattern 3, and the red electrode pattern 4.
[0022]
The lead portions of the common electrode pattern 2, the blue electrode pattern 3, and the red electrode pattern 4 are connected to the wiring of a circuit board (not shown), and a negative voltage is applied to the common electrode pattern 2, whereby the blue electrode pattern 3 and the red For example, when a required positive voltage is applied to each of the electrode patterns 4, the blue LED element 5 emits blue light having a peak wavelength of about 480 nm, and the red LED element 6 emits red light having a peak wavelength of about 650 nm, for example. . Here, a part of the blue light is absorbed by the YAG phosphor 8 dispersed in the resin base material 9 to excite it, and emits yellow light having a peak wavelength of about 580 nm. The portion of the blue light that is not absorbed by the YAG phosphor 8 remains as blue light. As described above, in the white light emitting diode 20 according to the first embodiment, the blue light, the yellow light, and the red light are emitted to the outside in a mixed color.
[0023]
Here, FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the spectrum of light emission related to the first embodiment. FIG. 5A shows a case where only the blue LED element 5 in the light emitting diode 20 of FIG. 1 emits light. FIG. 5B is a diagram showing the spectrum Sb when the red LED element 6 alone emits light in the light emitting diode 20. FIG. FIG. 6 is a diagram showing a spectrum S10 when both the blue LED element 5 and the red LED element 6 emit light in the light emitting diode 20. When only the blue LED element 5 emits light by applying a positive voltage only to the blue electrode pattern 3 shown in FIG. 1, yellow light is also excited by the presence of the YAG phosphor 8 according to the principle already described, and FIG. The spectrum Sb of a) has a shape in which a steep spectrum having a peak wavelength of about 480 nm and a gentle spectrum having a peak wavelength of about 580 nm are combined and connected. This case corresponds to and approximates the spectral characteristics (see S2 of FIG. 10B) of a conventional light emitting diode having a blue light emitting diode element and a phosphor disclosed in Patent Document 2 as a conventional example. The emission spectrum when only the red LED element 6 emits light by applying a positive voltage only to the red electrode pattern 4 shown in FIG. 1 has a steep peak wavelength of about 650 nm as shown in the spectrum Sr of FIG. Spectrum.
[0024]
In the light emitting diode 20 shown in FIG. 1, when both the blue LED element 5 and the red LED element 6 emit light, the emission spectrum is, as shown in S10 of FIG. 6, a spectrum Sb shown in FIG. The spectrum Sr shown in FIG. 5 (b) is a synthesized form, and the gap between the blue spectrum having a peak wavelength of about 480 nm and the red spectrum having a peak wavelength of about 670 nm is filled with a gentle spectrum having a peak wavelength of about 580 nm. It will be in the form. Therefore, in the visible light region, the drop of the spectrum is small and the color rendering property is high, and also in the red region, the intensity of the spectrum is remarkably reinforced by the presence of the red LED element 6, so that the reproducibility is high. It will be excellent.
[0025]
The ratio of the intensities of the blue light, the yellow light, and the red light is set such that the color of the light emitted by the light emitting diode 10 becomes white as a result of the color mixture. Here, based on the intensity of the blue light, the intensity of the yellow light can be adjusted by the content of the YAG phosphor 8, and the intensity of the red light can be adjusted by the positive voltage applied to the red electrode pattern 4.
[0026]
Hereinafter, a conventional white light emitting diode including only a blue LED element and a YAG phosphor has a spectral characteristic of Sb in FIG. 5A (hereinafter, referred to as “white”). Table 1 shows the values obtained by comparing the CIE color rendering index Ra and the special color rendering indexes R9 to R15 for those having an LED element and having a spectral characteristic of S10 in FIG. 6 (hereinafter referred to as “white + Red”).
[Table 1]

As shown in Table 1, the light-emitting diode (white + red) of the first embodiment has an improvement in the special color rendering index R9 to R15 as compared with the conventional white light-emitting diode (white), and especially −19 in R9. 0.4 to 87.0, which indicates that the reproducibility in the red region is greatly improved. Note that white + red has almost no missing part of the spectrum in the visible light wavelength region as shown in S10 of FIG. 6 as compared with white, so the CIE test color NO. 1 to NO. The color rendering index Ra, which is the average of the color rendering indexes for 8, is also improved from 74.9 to 89.4, and is a good value.
[0027]
As described above, in the light emitting diode of the first embodiment, reproducibility in any region can be improved by combining the GaN blue LED element and the YAG phosphor with the LED element having a red wavelength. Although not shown in Table 1, the color temperature Tc is Tc = 7738.0 in the case of white, and Tc = 7738.0 in the case of white + red.
Since Tc = 6521.1 and all of them are 5,000 or more, the above-described color rendering was evaluated according to the CIE method using CIE daylight as reference light. In the specific example described above, the peak wavelength of the red LED element is 650 nm. However, the first embodiment is not limited to this, and by using a red LED element having a peak wavelength of 615 to 680 nm, Similar effects can be obtained.
[0028]
Next, for reference, Table 2 shows data obtained by comparing the optical characteristics of the above white + red light emitting diodes with those of the white light emitting diodes.
[Table 2]

Here, λd is called a dominant wavelength. Purity, which is called color purity, is a numerical value indicating the degree of approximation to the main wavelength λd, which is monochromatic light, in the CIE chromaticity diagram. The smaller the value, the greater the degree of color mixing. IV is a symbol indicating luminous intensity, expressed in units of millicandela (mcd). x and y are coordinates on the CIE chromaticity diagram.
As can be seen from Table 2, the light emission of the light emitting diode (white + red) of the first embodiment has a sufficiently low color purity, a sufficiently high luminous intensity, and a substantially white chromaticity. As described above, according to the first embodiment, reproducibility is improved over a wide range, and a color closer to a natural color can be expressed.
[0029]
Note that the chromaticity of the light emitting diode of the first embodiment is not limited to the substantially white color as described above. That is, since the color rendering property is enhanced by incorporating the red LED element 6, for example, by adjusting the voltage applied to the blue LED element 5, it is possible to freely control the color tone while maintaining the color rendering property and reproducibility. Can be adjusted.
[0030]
Furthermore, although not shown, as a modification of the first embodiment, an LED element in the infrared region can be combined with the red LED element 6 or replaced with the red LED element 6. In this case, the reproducibility of the infrared region is improved, and for example, it can be used as an illumination light source corresponding to a so-called night shot.
[0031]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of the light emitting diode 30 according to the second embodiment. FIG. 2A is a top view, and FIG. 2B is a sectional view taken along line BB of FIG. 2A. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a concave portion provided in the substrate 1, and a part of the common electrode pattern 2 is provided also in this portion, and is connected to the common electrode pattern 2 provided in a portion of the substrate 1 other than the concave portion 11. I have. The n-layer 6b of the red LED element 6 is connected to the common electrode pattern 2 in the recess 11 via the Ag paste 7, and the p-layer electrode 6a of the red LED element 6 is connected to the red electrode pattern 4 by a connection means. . Other configurations are the same as those of the light emitting diode 10 shown in FIG. Here, for example, the height of the red LED element 6 is 0.3 mm, the height of the blue LED element 5 is 0.1 mm, and the depth of the concave portion 11 is 0.2 mm. Therefore, in the case of the configuration as shown in FIG. 1, the heights of the red LED element 6 and the blue LED element 5 were not uniform, and the red LED element 6 protruded by 0.2 mm. On the other hand, in the second embodiment, by providing the recess 11 as shown in FIG. 3, the red LED element 6 is retracted by the depth (0.2 mm), and the red LED element 6 The height of the blue LED element 5 from the substrate 1 can be made the same (0.1 mm). As a result, color mixing is performed uniformly, and a uniform luminescent color is obtained regardless of the location. That is, according to the second embodiment, similar to the first embodiment shown in FIG. 1, the reproducibility is enhanced over a wide range, and a color closer to a natural color can be expressed. The uniformity is improved, and even if the illumination light spreads, it is possible to obtain illumination light having a uniform color regardless of the location.
[0032]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a light emitting diode 40 according to the third embodiment. In FIG. 3, reference numeral 12 denotes a metal cushion as a spacer fixed on the common electrode pattern 2 on the substrate 1. On the metal cushion 12, an insulating sapphire substrate 5c of the blue LED element 5 is bonded and fixed. The n-layer electrode 5b of the blue LED element 5 is connected to the common electrode pattern 2 by connection means, and the p-layer electrode 5a is connected to the blue electrode pattern 3 by connection means. Other configurations are the same as those of the light emitting diode 200 shown in FIG. Here, when the thickness of the metal cushion is, for example, 0.2 mm, the height of the red LED element 6 is 0.3 mm, and the height of the blue LED element 5 is 0.1 mm, the red LED element 6 is The height of the LED element 5 from the substrate 1 can be made the same (0.3 mm). As a result, the color mixture is performed uniformly, a uniform luminescent color is obtained regardless of the location, and the same effect as that of the second embodiment shown in FIG. 2 can be obtained.
[0033]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing a method for making the heights of red LED elements used for a light emitting diode according to the fourth embodiment uniform. FIG. 4A is a diagram illustrating a normal product of the red LED element 6. In this case, a pn junction active layer 6d exists between the n-layer element base 6b and the p-layer 6c (the p-layer electrode 6a is attached to the p-layer 6c). As described above, the normal product of the red LED element 6 is higher than the blue LED element. Therefore, as shown in FIG. 4B, a part of the n-layer element base 6b of the red LED element 6 is used. By removing the (dotted line portion) by a mechanical method or a chemical method, the height of the red LED element 6B after the removal can be made equal to the height of the blue LED element. By using such a red LED element 6B instead of the red LED element 6 shown in FIG. 1 and forming a light emitting diode by the same connection as the light emitting diode 20 shown in FIG. The height from the substrate 1 is the same, and according to the principle described above, the color mixture is performed uniformly, and a uniform luminescent color is obtained regardless of the location. The same effect as in the third embodiment shown in FIG. Obtainable. In the red LED element 6 shown in FIG. 4, the electrodes are attached to the p-layer (6c), and the n-layer 6b is a substrate on which no electrodes are attached. On the contrary, the electrodes are attached to the n-layer. In a red LED element having a structure in which the p-layer is a substrate to which no electrode is attached, the same effect as described above can be obtained by removing the p-layer substrate (however, the n-layer It is necessary to apply a negative voltage to the electrode and a positive voltage to the p-layer substrate.)
[0034]
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings with the light emitting diode according to the fifth embodiment of the present invention. 7 and 8 are views showing the configuration of a light emitting diode 50 according to the fifth embodiment. The light emitting diode 50 is a so-called full-color light emitting device in which blue, green, red and yellow light emitting LED elements are arranged on a stem 32 having five

foot pins

22b, 25b, 26r, 27g and 28y, respectively. It is a diode. Here, 35b is a blue LED element, 36r is a red LED element, 37g is a green LED element, and 38y is a yellow LED element. Here, the blue LED element 35b is bonded and fixed to the center of the stem 32 via the metal cushion 12. The pn junction type red LED element 36r, the green LED element 37g, and the yellow LED element 38y are arranged on the stem 32 so as to surround the central part, and the n layers of these LED elements are connected with a conductive adhesive such as Ag paste. To the stem 32 side. The foot pin 22b is electrically connected to the stem 32, and a negative electrode is integrally formed. The n-layer electrode of the blue LED element 35b is connected to the foot pin 22b. On the other hand, the p-layer electrodes (Au electrodes) of the blue LED element 35b, the red LED element 36r, the green LED element 37g, and the yellow LED element 38y are foot pins 25b, 26r as electrode terminals insulated from the stem 32. , 27g, and 28y are connected to each other by connection means such as a ball bonder to form positive electrodes. Next, as shown in FIG. 8, a mold 45 made of a translucent resin is formed on such a connection.
[0035]
In such a configuration, by applying a voltage between the foot pin 22b, which is a common negative electrode, and the foot pins 25b, 26r, 27g, 28y, which are positive electrodes, the light-emitting diode 50 emits blue, green, and red light. In addition, a full-color emission in which yellow light is mixed with each other is emitted. Here, for example, when the peak wavelengths of the blue LED element 35b, the green LED element 37g, the yellow LED element 38y, and the red LED element 36r are respectively 470 nm, 540 nm, 590 nm, and 660 nm, these are mixed. The emission spectrum of the light emitting diode 50 is shown in S50 of FIG. According to this, compared to the conventional RGB full-color emission spectrum shown in S1 of FIG. 10A, the drop in the spectrum between red and green is greatly reduced. For this reason, the degree of approximation to natural light is increased, and the color rendering is improved as compared with the conventional art. Further, the light emission spectrum of the light emitting diode of the fifth embodiment has a sufficiently high spectral intensity in the red region as shown in S50 of FIG. Compared with the emission spectrum of the conventional light emitting diode (S2 in FIG. 10B), the spectrum intensity in the red region is significantly increased, and therefore, the reproducibility in the red region is improved as compared with the conventional case. . In the above example, a yellow LED element having a peak wavelength in the region of Y was used. However, the fifth embodiment is not limited to this, and a yellow LED element having a wavelength from Y to YG may be used. The use can be used.
[0036]
In the fifth embodiment, by fixing the blue LED element 35b having a lower height than the other LED elements to the stem 32 via the metal cushion 12, the stems 32 of all the LED elements are fixed. It is fixed so that the height from the surface is substantially equal. As a result, the color mixture of R, G, B, and Y (yellow) is uniformly performed, and a uniform emission color can be obtained regardless of the location.
[0037]
Also in the case of the fifth embodiment, since the color rendering properties are enhanced by incorporating the yellow LED element 38, for example, by adjusting the voltage applied to the other LED elements, the color rendering properties and the reproducibility are maintained. The color tone can be adjusted to almost any color including white.
[0038]
As a modified example of the fifth embodiment, although not shown, by combining an LED element having a wavelength in a red region or an infrared region having a different wavelength from the above-mentioned red LED element (36r), It is possible to enhance reproducibility and color rendering over a wide wavelength range.
[0039]
In the embodiment of the present invention described above, an example in which a red LED element or a yellow LED element is combined to improve reproducibility or color rendering is described. However, the present invention is not limited to these, and in various light emitting diodes including multi-color light emission, in a wavelength region lacking reproducibility, color rendering properties and reproducibility are improved by combining LED elements having the wavelengths. The present invention belongs to the present invention, and the wavelength of the LED elements to be combined can be selected from a wide range from a visible light region to an infrared region as needed.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a light emitting diode for white light emission or the like, the light emission is improved in (1) reproducibility over a wide wavelength wave range, and light emission closer to a natural color is obtained. Will be able to {Circle around (2)} Furthermore, by increasing the reproducibility in the infrared region as necessary, a light emitting diode suitable for a night shot can be obtained. {Circle around (3)} Since an LED element having a wavelength in a predetermined region is added, it is possible to adjust the color tone considerably significantly while maintaining the color rendering properties.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a method for aligning the heights of LED elements according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a spectrum of partial light emission of the light emitting diode shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing an overall light emission spectrum of the light emitting diode shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a top view illustrating a configuration of a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing a configuration of a light emitting diode according to a fifth embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a spectrum of light emission of the light emitting diode shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a light emission spectrum of a conventional white light emitting diode.
[Explanation of symbols]
1 substrate
2 Common electrode pattern
3 Blue electrode pattern
4 Red electrode pattern
5, 35b Blue LED element
6, 36r red LED element
7 Ag paste
8 YAG phosphor
9 Resin base material
10 Coating resin member
11 recess
12 metal cushion
20, 30, 40, 50 light emitting diodes
22b, 25b, 26r, 27g, 28y Foot pin
32 stem
37g green LED element
38y yellow LED element
45 Mold

Claims

A light emitting diode comprising a red light emitting diode element in addition to a blue light emitting diode element and a phosphor.

The light emitting diode according to claim 1, wherein the peak wavelength of the red wavelength light emitting diode element is 615nm to 680nm.

In addition to light emitting diode elements of three colors of R, G, and B, light emitting diode elements of Y (YG) having different peak wavelengths from these light emitting diode elements and / or R region or infrared region are provided. Light emitting diode.

1. A light-emitting diode having a plurality of light-emitting diode elements having different light-emitting colors, wherein uniform light-emitting colors are achieved by making the height of an effective light-emitting surface uniform.

In the light-emitting diode, a recess is provided in a substrate on which the light-emitting diode element is mounted, and at least one of the plurality of light-emitting diode elements is fixed in the recess to make the effective light-emitting surface height uniform. The light emitting diode according to claim 4, wherein

In the light emitting diode, a spacer (metal cushion) is provided on a substrate on which the light emitting diode element is mounted, and at least one of the plurality of light emitting diode elements is fixed on the spacer, so that the effective height of the light emitting surface is increased. The light emitting diode according to claim 4, wherein the light emitting diodes are aligned.

5. The light emitting diode according to claim 4, wherein in the light emitting diode, an effective light emitting surface height is made uniform by removing a part of an element base of at least one light emitting diode element.

The light emission according to any one of claims 1 to 3, wherein uniform color mixing is possible by adjusting the height of the effective light emitting surface of the plurality of light emitting diode elements having different emission colors from each other. diode.