JP2006229249A - 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置 - Google Patents

発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2006229249A
JP2006229249A JP2006135502A JP2006135502A JP2006229249A JP 2006229249 A JP2006229249 A JP 2006229249A JP 2006135502 A JP2006135502 A JP 2006135502A JP 2006135502 A JP2006135502 A JP 2006135502A JP 2006229249 A JP2006229249 A JP 2006229249A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
led chip
emitting diode
light emitting
fluorescent material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006135502A
Other languages
English (en)
Inventor
Akimasa Sakano
顕正 阪野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Chemical Industries Ltd filed Critical Nichia Chemical Industries Ltd
Priority to JP2006135502A priority Critical patent/JP2006229249A/ja
Publication of JP2006229249A publication Critical patent/JP2006229249A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48257—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a die pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48475—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball
    • H01L2224/48476—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball between the wire connector and the bonding area
    • H01L2224/48477—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball between the wire connector and the bonding area being a pre-ball (i.e. a ball formed by capillary bonding)
    • H01L2224/48478—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball between the wire connector and the bonding area being a pre-ball (i.e. a ball formed by capillary bonding) the connecting portion being a wedge bond, i.e. wedge on pre-ball
    • H01L2224/4848—Connecting portions connected to auxiliary connecting means on the bonding areas, e.g. pre-ball, wedge-on-ball, ball-on-ball between the wire connector and the bonding area being a pre-ball (i.e. a ball formed by capillary bonding) the connecting portion being a wedge bond, i.e. wedge on pre-ball outside the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/157—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15738—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
    • H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

【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、基板上にマウント部材によって固定されたＬＥＤチップと、該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含有の樹脂であり、無機部材は、球状、針状、およびフレーク状から選択される形状である。
【選択図】 図１

Description

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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３２２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。
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。
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。
具体的な発光ダイオードの一例を示す。図２R>２は本願発明の発光ダイオードであるチップタイプＬＥＤの模式的断面図である。セラミックのパッケージ２０４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。
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。
このような、発光ダイオードの外部電極２０９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。ＬＥＤ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。
（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１０３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。
したがって、マウント部材１０１の樹脂３１１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。
また、マウント部材１０１中の無機部材３１２としては、樹脂３１１との密着性がよいと共にＬＥＤ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。
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３１２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。
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。
（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３２１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。
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。
（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。
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。
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'5Ｏ12：Ｃｅ、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａから選択される少なくとも一種、Ｒｅ'は、Ａｌ、Ｉｎ、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。
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。
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、ＬＥＤ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。
（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。
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、ＺｎＯ、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。
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。
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、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。
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。
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。
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、４２０ｎｍ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。
（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。
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。ＳｉＣ上に形成された窒化物系化合物半導体を利用したＬＥＤ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。
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。
（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１０７の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ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。
（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ＬＥＤ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。
したがって、白黒用のＬＥＤ表示装置はＲＧＢ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。
（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。
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。ＬＥＤ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。
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℃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（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）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、砲弾型の型枠の中樹脂を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた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。
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＝０．５３０）、色温度８０８０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．７を示した。また、発光光率は９．９ ｌｍ／ｗであった。寿命試験として、温度２５℃２０ｍＡ通電、温度２５℃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。
（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。
（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。
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ＲＡＭ５０４（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）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。ＬＥＤ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。
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は、図４に用いられるＬＥＤ表示器のブロック図である。 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 (3)

  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(103)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。
  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。
  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。
JP2006135502A 1996-12-12 2006-05-15 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置 Pending JP2006229249A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006135502A JP2006229249A (ja) 1996-12-12 2006-05-15 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33255396 1996-12-12
JP2006135502A JP2006229249A (ja) 1996-12-12 2006-05-15 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002280209A Division JP2003124530A (ja) 1996-12-12 2002-09-26 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006229249A true JP2006229249A (ja) 2006-08-31

Family

ID=36990257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006135502A Pending JP2006229249A (ja) 1996-12-12 2006-05-15 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006229249A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6101943B2 (ja) 発光装置と表示装置
JP3241338B2 (ja) 半導体発光装置
JPH10228249A (ja) 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置
JP2927279B2 (ja) 発光ダイオード
JP3065258B2 (ja) 発光装置及びそれを用いた表示装置
JP3065263B2 (ja) 発光装置及びそれを用いたｌｅｄ表示器
JP3419280B2 (ja) 発光装置
JP3772801B2 (ja) 発光ダイオード
JP2004127988A (ja) 白色発光装置
JP3729001B2 (ja) 発光装置、砲弾型発光ダイオード、チップタイプｌｅｄ
JPH10190066A (ja) 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置
JP3604298B2 (ja) 発光ダイオードの形成方法
JPH11243232A (ja) Ｌｅｄ表示装置
JP2002151747A (ja) 発光ダイオード及びその形成方法
JP3729047B2 (ja) 発光ダイオード
JP2003124530A (ja) 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置
JP2001119075A5 (ja)
JP2005244259A (ja) 発光ダイオード
JP2006229249A (ja) 発光ダイオード及びそれを用いたｌｅｄ表示装置
JP3674387B2 (ja) 発光ダイオードおよびその形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060602

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060602

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060822

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061023

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061120