JP2007281130A - 青色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

青色発光ダイオードおよび青色発光ダイオードの製造方法 Download PDF

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彰三 藤倉
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Abstract

【課題】
発光光の輝度や色が均一化された、高輝度で高効率の青色発光ダイオードを提供する。
【解決手段】
青色発光ダイオード１００において、３８０ｎｍから４６０ｎｍまでのピーク波長で発光する発光ダイオードチップ４と、発光ダイオードチップ４からの発光光のうち４７０ｎｍ未満の波長の発光光が励起光となって励起されて４７０ｎｍ以上の波長で励起発光する、有機顔料または有機染料を有する蛍光体６とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バックライト、照明用光源、発光ディスプレイ、各種のインジケータなどに利用される発光ダイオードおよびその製造方法に関するものであり、特に青色発光ダイオードおよびその製造方法に関する。
一般的な青色発光ダイオードは、青色に発光する発光ダイオードチップ（ｃｈｉｐ）を各種形状の異なったパッケージに組み立てて各種用途に使用している。例えば、従来の青色発光ダイオードは、２本の導線となる銀メッキされたマウントリードおよびインナーリードを有しており、マウントリードの先端に設けられた窪みであるカップの底に、発光素子としてのピーク波長が４７０ｎｍの（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ系半導体構造を持つ発光ダイオードチップが銀ペースト（Ａｇ ｐａｓｔｅ）でダイボンディング（Ｄｉｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）されている。発光ダイオードチップの電極とインナーリードとは、直径が２５μｍから３０μｍの金線でワイヤーボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）されており、発光ダイオードチップには、モールドカップが被せられ、このモールドカップ内には透明な樹脂が充填されている。
特開平３−３３６０１１号公報
現在実用化されている青色発光ダイオードは、他の色の可視光発光ダイオードに比べて輝度が低いのが実情であり、これを改善するために、例えば、（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ系の発光ダイオードチップの構造の改良が試みられている。また、発光ダイオードチップをシリコンサブマウントにボールボンディングして、ＬＥＤチップのＰＮ接合で発光する光を電極部で遮光することなく外部に発光させる、Ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ方式による実装方法が従来から知られている。この方式では輝度（光度）を従来よりも約１.６倍程度高めることができる。また、別の方法として、青色ＬＥＤを構成するＧａＮ系材料とサファイア基板の界面に凹凸を設けることで、発光層で発生した青色光を、この凹凸によって多方向に散乱させ、青色ＬＥＤの表面だけでなく、側面に反射させたり、基板を通り抜けて裏面に向かわせたりして、効率良く取り出せるような構造の研究開発も進められている。また、発光ダイオードのモールドカップ内の樹脂に、発光素子からの可視光により励起されて、励起波長よりも長波長の可視光を出す蛍光染料または蛍光顔料を混合することで視感度を高める方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、Ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ方式や、凹凸構造の発光ダイオードの生産には、生産工程の複雑化と同時に高価な生産設備投資が伴うため、発光ダイオードチップ自身の価格が高くなる欠点がある。また、従来の蛍光染料または蛍光顔料を樹脂中に有する構造では、製造過程において、液状の樹脂に蛍光染料または蛍光顔料が均一に混合しない場合が多く、このため蛍光染料や蛍光顔料が樹脂内で偏り、発光光の輝度や色におけるむらが生じ易い。
本発明は、上記事情に鑑み、発光光の輝度や色が均一化された、高輝度で高効率の青色発光ダイオード、およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の青色発光ダイオードは、３８０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲内にピーク波長を有する光を発光する発光ダイオードチップと、
上記発光ダイオードチップからの発光光のうち４７０ｎｍ未満の波長の発光光が励起光となって励起されて４７０ｎｍ以上の波長で励起発光する、有機顔料または有機染料を有する蛍光体とを備えたことを特徴とする。
本発明の青色発光ダイオードでは、発光ダイオードチップからの発光光のうちの４７０ｎｍ未満の光の波長が、人間の眼における視感度が高い４７０ｎｍ以上の長波長側の波長に変換される。したがって、青色発光ダイオードが高輝度化する。ここで、輝度とは、視感度に基づいて評価された明るさを意味する。また、有機顔料および有機染料は、無機顔料および無機染料に比べ、比重が蛍光体を形成する母体樹脂に近いため、青色発光ダイオードの蛍光体を作製する過程において、液状化した母体樹脂に均一に混合される。このため、発光光の輝度や色のむらが抑えられる。したがって、発光光の輝度や色が均一化された、高輝度で高効率の青色発光ダイオードが実現する。
ここで、上記本発明の青色発光ダイオードにおいて、前記蛍光体が、前記発光ダイオードチップからの発光光と該蛍光体からの励起発光光との混合光の主波長を、該発光ダイオードチップの発光光の主波長よりも５ｎｍから９０ｎｍまでの範囲で長波長側に変換する有機顔料または有機染料を有するものであることが好ましい。
上記の変換特性を有する有機顔料または有機染料が蛍光体に含まれることで、青色発光ダイオードが高輝度化し、かつ、青色発光ダイオードの発光光の色と、発光ダイオードチップで発光された発光光の色との差が抑えられる。
また、上記本発明の青色発光ダイオードにおいて、上記蛍光体が、少なくとも３８０ｎｍから４４０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている励起スペクトルと、少なくとも４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている発光スペクトルとを示す有機顔料または有機染料を有するものであることが好ましい。
上記のスペクトル特性を有する有機顔料または有機染料が蛍光体に含まれることで、発光ダイオードチップからの発光光の一部が視感度の高い長波長の光に効率よく変換され、また、青色発光ダイオードの発光光の色と、発光ダイオードチップで発光された発光光の色との差が、肉眼ではほとんど認識できない程度に抑えられる。
また、上記本発明の青色発光ダイオードにおいて、上記蛍光体が下記の構造式（１）で表される有機顔料または有機染料を有するものであることが好ましい。
Figure 2007281130
ここで、Ｒは、水素原子またはアルキル基である。
上記の構造式（１）で表される有機顔料または有機染料が蛍光体に含まれることで、発光ダイオードチップからの発光光の一部が視感度の高い長波長の光に効率よく変換され、また、青色発光ダイオードの発光光の色と、発光ダイオードチップで発光された発光光の色との差が、肉眼ではほとんど認識できない程度に抑えられる。
また、上記本発明の青色発光ダイオードにおいて、上記蛍光体は、主剤と硬化剤を混合したエポキシ樹脂およびシリコーン樹脂のうちの一方の樹脂である母体樹脂１００重量部に対して、有機顔料または有機染料が０．１重量部から２０重量部までの範囲で配合されてなるものであることが好ましい。
有機顔料または有機染料の混入比を液状母体樹脂１００重量部に対し、０．１重量部から２０重量部までの範囲とすることで、発光ダイオードの発光光の主波長が、発光ダイオードチップからの発光光の主波長から大きく変化することなく高輝度化が図られる。
また、上記本発明の青色発光ダイオードは、
先この青色発光ダイオードの発光方向前方に向けて開いたカップを有するマウントリードを備え、
上記発光ダイオードチップが上記カップ内に搭載されたものであり、
上記マウントリードと上記発光ダイオードとを電気的に接続する導電性ワイヤを備え、
上記蛍光体が前記カップ内で上記発光ダイオードチップを覆うものであることが好ましい。
また、上記目的を達成する本発明の青色発光ダイオードの製造方法は、
回路パターンを有する基体の上に、３８０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲内にピーク波長を有する光を発光する発光ダイオードチップを接着固定するマウンティング工程と、
上記基体の上に接着固定された発光ダイオードチップの電極と該基体の回路パターンとを電気的に接続する接続工程と、
上記発光ダイオードチップからの発光光のうち４７０ｎｍ未満の波長の発光光が励起光となって励起されて４７０ｎｍ以上の波長で励起発光する、有機顔料または有機染料を有する蛍光体に圧力を加えてタブレット形状の蛍光体を形成するタブレット形成工程と、
上記接続工程が実施された後の発光ダイオードチップを覆うように、上記蛍光体をモールディングするモールド工程とを有することを特徴とする。
ここにいう基体とは、プリント基板の多様な多数の層に鍍金されてなる印刷回路基板やリードフレーム等のことをいう。また、上記マウンティング工程で発光ダイオードチップを接着固定するために、導電性あるいは非導電性の接着剤を用いてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、発光光の輝度や色が均一化された、高輝度で高効率の青色発光ダイオードが実現する。
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の発光ダイオードの一実施形態に相当する上面発光タイプ（ＴＯＰ ｔｙｐｅ）の発光ダイオードの断面図である。
図１に示す発光ダイオード１００は青色光を発光する青色発光ダイオードであり、発光ダイオードチップ４と蛍光体６を有する。
発光ダイオードチップ４は、ＧａＮ/ＳｉＣ半導体構造を持つ窒化物系化合物半導体であり、例えば４６０ｎｍのピーク波長で発光する。
蛍光体６は、有機顔料または有機染料が樹脂に混入されて形成されたものである。蛍光体６に混入されている有機顔料または有機染料は、発光ダイオード１００の視感度を増加する視感度増光剤として機能するものであり、発光ダイオードチップ４からの発光光のうちの一部の発光光が励起光となって励起されて蛍光発光する。以降、蛍光体６に含まれる有機顔料または有機染料を視感度増光剤と称する。視感度増光剤は、４７０ｎｍ未満の波長の発光光が励起光となって励起されて、視感度がより高い４７０ｎｍ以上の波長で励起発光する。視感度増光剤の詳細については後述する。
また、発光ダイオード１００は、リードフレーム１、ハウジング（Ｈｏｕｓｉｎｇ）ケース２、および導電性ワイヤ５も有している。リードフレーム１には、回路パターンが鍍金されている。
ここで、発光ダイオード１００の製造方法について説明する。
図２は、図１に示す発光ダイオードの製造方法を示すフローチャートである。
まず、マウンティング工程（ステップＳ１）が実施される。マウンティング工程では、リードフレーム１の上に、発光ダイオードチップ４を導電性ペースト（銀ペースト）３の接着剤でダイボンディングして接着固定させる。複数の製品を一度に製造するため、リードフレームは、複数並んだ状態で配置されており、これらのリードフレームのそれぞれに発光ダイオードチップが接着固定される。この工程では、接着剤が硬化する特性に合うよう一定の温度条件、例えば１００〜１５０℃の温度で３０分〜１時間程度放置する。
次いで、発光ダイオードチップ４の電極とリードフレーム１の回路パターンとを導電性ワイヤ５によって電気的に接続する接続工程（ステップＳ２）が実施される。
また、タブレット形成工程（ステップＳ３）も実施される。このタブレット形成工程は、視感度増光剤を母体樹脂に混入した混合物に圧力を加えてタブレット形状の蛍光体を形成する工程である。ここでは、母体樹脂として、透明モールディング用粉末エポキシ樹脂を液状にしたものを用いる。なお、母体樹脂として、エポキシ樹脂の代りにシリコン樹脂を用いてもよい。この図２では、タブレット形成工程（ステップＳ３）は、接続工程が実施された後に実施されるが、マウンティング工程が実施される前であっても、マウンティング工程と接続工程の間であっても、あるいはこれらの工程と同時に実施されてもよい。
続いて、接続工程が実施された後の発光ダイオードチップ４を覆うように、タブレット形状の蛍光体をトランスファーモールディングするモールド工程（ステップＳ４）を実施する。
最後に、切断機を用いて個別製品に切り出す切断工程（ステップＳ５）を実施して終了する。なお、リードフレームに形成されている回路パターンに応じて１回のトランスファ成型で得られる発光ダイオードの個数は自由に変更することができる。
ここで、発光ダイオード１００の蛍光体６について説明する。
蛍光体６は、視感度増光剤を母体樹脂に所望の配合比で混入してなるものである。
蛍光体６に混入される視感度増光剤は、４７０ｎｍ未満の波長の光で励起し４７０ｎｍ以上の波長で発光する有機顔料または有機染料である。視感度増光剤は、より具体的には、次の構造式（１）で表わされる化合物である。
Figure 2007281130
構造式（１）において、Ｒは、水素原子またはアルキル基であり、アルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｉｓｏ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、などの低級アルキル基のいずれであってもよい。ただし、Ｒは、好ましくは水素原子、メチル基、エチル基であり、より好ましくは、水素原子、メチル基である。また、構造式（１）の２箇所に示されているＲは、単一の置換基のみではなく、２種類の置換基が混合されたものであってもよい。例えば、視感度増光剤は、構造式（１）における２個のＲのうちの片方が水素原子であり、もう片方がアルキル基であってもよい。また、視感度増光剤は単一の化合物であってもよいが、構造式（１）のＲが異なる複数種類の化合物が混合されたものであってもよい。例えば、視感度増光剤は、２個のＲの両方が水素原子のもの、両方がアルキル基のもの、そして、片方が水素原子でもう片方がアルキル基のものが混在している状態であってもよい。ただし、この場合、アルキル基がメチル基であることが好ましい。
視感度増光剤の比重はおおよそ１であり、おおよそ２から３の比重を有する無機顔料または無機染料に比較して、一般的に用いられる母体樹脂の比重（おおよそ１．５）に近い。このため、発光ダイオード１００の蛍光体６を作製する過程において、視感度増光剤が液状化した母体樹脂に均一に混合される。よって、発光ダイオード１００の発光光の輝度や色が均一化される。また、有機顔料または有機染料は、希土類元素を含む無機顔料または無機染料に比べ安価である。
図３は、図１の蛍光体に混入される視感度増光剤の吸収・反射スペクトルを示す図であり、図４は、励起スペクトルと発光スペクトルを示す図である。
視感度増光剤は、図３の吸収スペクトルに示すように、最大吸収波長が３８０ｎｍであり、波長が４２０ｎｍ以上の光は吸収せず、反射するか、または励起光として用いる。また、図３の反射スペクトルに示すように、最低反射波長は２８０ｎｍで、波長が４００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲で最大の反射率を示す。図４に示すように、視感度増光剤は、４７０ｎｍ未満の波長の光で励起し、励起波長のピーク値は４３０ｎｍである。励起スペクトルは、３８０ｎｍから４４０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている。また、この視感度増光剤は４７０ｎｍ以上の波長で発光し、発光波長（Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）のピーク値は５０８ｎｍである。発光スペクトルは、４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている。
視感度増光剤が、４７０ｎｍ未満の波長の光で励起し、４７０ｎｍ以上の波長で発光することで、３８０ｎｍから４６０ｎｍまでのピーク波長で発光する発光ダイオードチップ４の発光光の一部の発光光の波長が、視感度のより高い４７０ｎｍ以上の波長に効率よく変換される。特に、視感度増光剤が、３８０ｎｍから４４０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている励起スペクトルを有し、４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている発光スペクトルを有していることにより、発光ダイオードチップ４の発光光の一部の発光光による励起効率が向上するとともに、、発光ダイオード１００の発光光の主波長の、発光ダイオードチップ４で発光された発光光の主波長との差が、肉眼では色の差としてほとんど認識できない程度に抑えられる。仮に、発光スペクトルにおけるピーク値の９０％を超えている範囲が、４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲ではなく、より長波長側にある場合には、発光ダイオードの発光光の主波長の、発光ダイオードチップの発光光の主波長からの変動が大きく、色の違いが肉眼で認識されるようになる。また、例えば、半値幅として表される青色発光ダイオードの発光波長範囲が拡大し、彩度が低下する。この逆に、発光スペクトルにおけるピーク値の９０％を超えている範囲が、４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲ではなく、より短波長側にある場合には、視感度特性による高輝度化の効果が小さい。視感度増光剤の発光スペクトルにおいて、ピーク値の９０％を超えている範囲が、４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲にあることにより、発光ダイオード１００の発光光の主波長が、発光ダイオードチップ４からの発光光の主波長と大きく変わることなく、高輝度化が図られる。
また、視感度増光剤は、ある量以上に樹脂に混入されると、発光ダイオードとしての発光波長が、青色ではなく、発光波長がより長い発光波長５０８ｎｍの青緑色の側に変化してしまう。また、発光波長範囲も広がり、彩度が低下する。したがって、視感度増光剤からの励起発光光によって、発光ダイオード１００の発光光の主波長が、発光ダイオードチップ４の主波長から大きく変わらないよう、混入比率で樹脂に混入されることが好ましい。具体的には、視感度増光剤は、母体樹脂の１００重量部に対し、０．１重量部から２０重量部までの混入比率で混入されることが好ましい。視感度増光剤の混合比が２０よりも大きいと、発光ダイオード１００の発光光の主波長の変動が大きく、また、０．１重量部よりも小さいと発光ダイオード１００の発光輝度が高められない。０．１重量部から２０重量部までの混入比率で視感度増光剤を混入することで、発光ダイオード１００の発光光の主波長が、発光ダイオードチップ４からの発光光の主波長と大きく変わることなく、高輝度化が図られる。
ここで、上述の発光ダイオード１００として、視感度増光剤の混合比が異なる複数の試料を製作し、特性を測定した。
試料に用いた発光ダイオードチップは、発光光の半値幅（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ５０%）△λ＝２０ｎｍのＧａＮ/ＳｉＣ半導体構造を有するものである。ハウジングケースのサイズは、長さ３.２ｍｍ、幅２.８ｍｍ、深さ１.９ｍｍである。樹脂の１００重量部に対し、それぞれ０.５重量部，０.６重量部，０.７重量部，０.８重量部，１.０重量部，２.０重量部で視感度増光剤が混入された６種類の試料を製作し、印加順電流ＩＦ＝２０ｍＡにおける特性を測定した。また、視感度増光剤を樹脂に混入しない試料を、比較例として製作した。製作した試料のピーク波長λｐ、主波長（ドミナント発光波長）λｄ、輝度を測定した。
図５は、視感度増光剤が混入されていない、比較例の発光ダイオードの発光スペクトルを示す図である。
比較例においては、図５に示すように、ピーク波長λｐ≒４６０ｎｍであった。また、主波長λｄ≒４６５ｎｍ、発光光度Ｉｖ≒１５５ｍｃｄであった。この比較例の発光ダイオードは視感度増光剤を有していないので、上述の特性は、発光ダイオードチップの特性にほぼ等しい。
これに対し、視感度増光剤を、１００重量部の樹脂に対して０.５重量部で混入した試料の測定結果は、ピーク波長λｐ≒４６０ｎｍ，主波長λｄ≒４６７ｎｍ，発光光度Ｉｖ≒１８０ｍｃｄであった。同様に、０.６重量部混入した試料はλｐ≒４６０ｎｍ，λｄ≒４６８ｎｍ，Ｉｖ≒２００ｍｃｄであり、０.７重量部混入した試料はλｐ≒４６０ｎｍ，λｄ≒４６９ｎｍ，Ｉｖ≒２２０ｍｃｄ、０.８重量部混入したものはλｐ≒４６０ｎｍ，λｄ≒４７０ｎｍ，Ｉｖ≒２５５ｍｃｄ、１.０重量部混入した試料はλｐ≒４６０ｎｍ，λｄ≒４７２ｎｍ，Ｉｖ≒３５０ｍｃｄ、２.０重量部混入した試料はλｐ≒４６０ｎｍ，λｄ≒４７５ｎｍ，Ｉｖ≒４２２ｍｃｄとなった。
図６は、上述の６種類の試料のうちの、視感度増光剤を１.０重量部で混入した試料の発光スペクトルを示す図である。
試料の発光ダイオードにおいては、発光ダイオードチップからの発光光のうちの４７０ｎｍ未満の発光光の波長が、視感度増光剤によって、４７０ｎｍ以上の波長に変換される。この結果、図６に示すように、発光ダイオードチップの主波長よりも長い、４９０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲の波長成分が増大している。ここで、人間の眼における視感度は、光の波長が青色の領域から緑色の領域へ向かって長くなるほど高い（標準視感度特性）。したがって、発光ダイオードチップの発光光の一部の発光光がより長い波長の光に変換されることで、発光ダイオードが高輝度（光度）化する。例えば、視感度増光剤を１.０重量部混入した試料では、２．２倍の光度ｌｖが得られる。この一方で、発光ダイオードの発光光のうちの長い波長の成分が増加することにより、主波長（ドミナント波長）λｄは、波長が長い側に若干ずれる（ｓｈｉｆｔ）。例えば、視感度増光剤を有しない比較例の発光ダイオードの主波長λｄ≒４６５ｎｍに対して、視感度増光剤で励起させた試料では４６８ｎｍ乃至４７５ｎｍである。しかし、このずれによる色の変化は、肉眼ではほとんど識別できない程度である。また、視感度増光剤が励起光として吸収するのは、発光ダイオードチップからの発光光のうち一部であるため、視感度増光剤を混入した試料のピーク波長λｐは、発光ダイオードチップのピーク波長に対し変化しない。このように、青色発光ダイオードにおいて、発光色が発光ダイオードチップの青色から肉眼視においてほとんど変化することなく、光度が２．５倍程度まで高められた。
ところで、図４に示すように、本実施形態の視感度増光剤は、励起スペクトルのピーク波長がλｐ＝４３０ｎｍであることから、発光主波長がλｐ＝４３０ｎｍの発光ダイオードチップを組み合わせる場合に、本実施形態の視感度増光剤としての最大の発光輝度が得られることがわかる。例えば、ピーク波長λｐが４３０ｎｍ近辺の発光ダイオードチップを使用し、かつ、視感度増光剤を１００重量部の樹脂に対して５.０重量部で混入することにより、発光ダイオードの主波長λｄを４７０ｎｍ程度にして主波長λｄの変化を４０ｎｍ以内で収めつつ、また、ピーク波長λｐの値を変えずに、輝度の倍率を８以上にすることも可能となる。
続いて、発光素子として、視感度増光剤の励起スペクトルのピーク波長近辺である、４４０ｎｍのピーク波長λｐを有する発光ダイオードチップ用いた第２実施形態の発光ダイオードについて説明する。
図７は、本発明の第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。
図７に示す発光ダイオード２００は砲弾型の青色発光ダイオードである。この発光ダイオード２００も、発光ダイオードチップ９と蛍光体１１を有する。
図７に示す発光ダイオードチップ９は、ピーク波長λｐ＝４４０ｎｍ、半値幅△λ＝２０ｎｍの青色光を発光する、ＧａＮ/ＳｉＣ半導体構造を有する窒化物系化合物である。
また、図７に示す発光ダイオード２００は、マウントリード７ａ、インナーリード７ｂ、レンズ成型用樹脂１２、および導電性ワイヤ１０も有する。マウントリード７ａは、銀メッキされた金属製リードフレームであり、その先端には、発光ダイオード２００の発光方向前方に向けて開いた形状に窪んだカップ７ｃが設けられている。発光ダイオードチップ９は、このカップ７ｃ内に導電性ペースト（銀ペースト）８でダイボンディング（Ｄｉｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）されている。発光ダイオードチップ９の電極とインナーリード７ｂとは、直径が２５μｍから３０μｍの金線からなる導電性ワイヤ１０でワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）されており電気的に導通している。
蛍光体１１は、カップ７ｃ内で発光ダイオードチップ９を覆うものである。この蛍光体１１は、発光ダイオードチップ９が配置されたカップ７ｃ内にポッティング（Ｐｏｔｔｉｎｇ）され、所定の温度と時間で硬化反応することによって得られたものである。蛍光体１１は、第１実施形態における視感度増光剤と同様の視感度増光剤が、所望の輝度を得る適正な重量比で樹脂に混入されたものである。
レンズ成型用樹脂１２は、発光ダイオードチップ９を保護する目的でモールド（Ｍｏｌｄｉｎｇ）部材として設けられた透光性樹脂成型物である。このレンズ成型用樹脂１２は、砲弾型の型枠の中に、インナーリード７ｂ、および蛍光体１１がポッティングされたマウントリード７ａを挿入し、液状の透光性樹脂を混入後、所定の温度と時間にて硬化反応させてなるものである。
ここで、発光ダイオードの試料を製作し、印加順電流ＩＦ＝２０ｍＡにおける特性を測定した。視感度増光剤の励起スペクトルのピーク波長λｐ≒４３０ｎｍに対応して、発光ダイオードチップ９として、ピーク波長λｐ＝４３０ｎｍ、主波長λｄ＝４４０ｎｍ、半値幅△λ＝２０ｎｍのＧａＮ/ＳｉＣ半導体構造を持つ発光ダイオードチップを用い、指向角（Ｖｉｅｗｉｎｇ Ａｎｇｌｅ）２θ１/２＝±１５゜の樹脂モールド（Ｍｏｌｄｉｎｇ）部材を用いた。この樹脂モールド部材の１００重量部に対して、第１実施形態と同じ視感度増光剤を１.０重量部混入して蛍光体とした。また、視感度増光剤が混入されない比較例も製作した。
製作した試料の、印加順電流ＩＦ＝２０ｍＡにおける特性を測定した結果、視感度増光剤を有しない比較例の試料の発光光度Ｉｖ≒４０９ｍｃｄ（印加順電流ＩＦ＝２０ｍＡ）であったのに対して、視感度増光剤を樹脂に対し１.０重量部で混入したものは、ピーク波長λｐ≒４３３ｎｍ，主波長λｄ≒４７０ｎｍ，半値幅△λ＝２０ｎｍ、発光光度Ｉｖ≒３，２２１ｍｃｄであった。
このように、発光ダイオード２００のピーク波長λｐ＝４３０ｎｍは、発光ダイオードチップ９のピーク波長とは変わらない。また、主波長λｄ≒４４０ｎｍが、３０ｎｍ長いλｄ＝４７０ｎｍとなるが、この主波長の差による色の変化は肉眼では判別できない程小さいものである。この一方で、輝度（光度）が約８倍程度に高められた。
このように、上述した発光ダイオード１００および発光ダイオード２００によれば、ワイヤーボンディング（ＷｉｒｅＢｏｎｄｉｎｇ）された発光ダイオードチップの上に、透明な樹脂に視感度増光剤を数パーセント配合して塗布するだけで、輝度を従来方式と比較して約２〜８倍に高めることができる。
本実施形態では、ピーク波長が４３０ｎｍの光を発光する発光ダイオードチップを用いたが、発光ダイオードチップとしては、３８０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲内にピーク波長を有するものを用いることができる。仮に、ピーク波長が３８０ｎｍよりも短いか、あるいは４６０ｎｍよりも長いと、視感度増光剤の励起スペクトル範囲から外れるため、視感度増光剤による励起の効率が低下する。発光ダイオードチップが３８０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲内にピーク波長を有することで、発光ダイオードチップからの発光光の一部が視感度の高い長波長の光に効率よく変換される。
また、視感度増光剤は、発光ダイオードチップからの発光光とこの視感度増光剤からの励起発光光とからなる混合光の主波長を、この発光ダイオードチップ４からの発光光の主波長よりも３０ｎｍ長波長側に変換する特性のものを用いたが、視感度増光剤としては、５ｎｍから９０ｎｍまでの範囲で長波長側に変換するものを用いることができる。仮に、視感度増光剤による主波長の長波長側への変換が５ｎｍよりも短いと、青色発光ダイオードの発光輝度が高められず、逆に、９０ｎｍよりも大きいと、青色発光ダイオードの発光光の色が肉眼でも識別できる程度に変化してしまう。波長の変換の範囲が５ｎｍから９０ｎｍであることで、青色発光ダイオードの発光色の、発光ダイオードチップからの発光色との変化が抑えられつつ、青色発光ダイオードが高輝度化する。
続いて、量産性がより高められた、第３実施形態の発光ダイオードについて説明する。
図８は、本発明の第３実施形態の発光ダイオードの断面図である。
図８に示す発光ダイオード３００は、ＳＭＤｔｙｐｅＬＥＤと称される青色発光ダイオードである。この発光ダイオード３００も、発光ダイオードチップ１６、蛍光体１８、導電性ペースト１５、リードフレーム１４、および導電性ワイヤ１７を有する。また、図８には、各々の材質で各層が鍍金され一定のパターンをなしている印刷回路基板（ＰＣＢ）１３も示されている。
発光ダイオードチップ１６は、ピーク波長はλｐ＝４３０ｎｍ、主波長λｄ＝４４０ｎｍ半値幅△λ＝２０ｎｍの青色光を発光する、ＧａＮ/ＳｉＣ半導体構造を有する窒化物系化合物である。
リードフレーム１４は、印刷回路基板１３に電気的に接続されており、鍍金された回路パターンを有する。
この第３実施形態の発光ダイオード３００も、図２を用いて説明した製造方法によって製造される。すなわち、まず、発光ダイオードチップ１６は、銀ペーストなどの導電性ペースト１５からなる接着剤等によって、このリードフレーム１４の金属メッキ層に接着される。この接着剤が硬化する一定の温度条件、例えば１００乃至１５０℃の温度で３０分乃至１時間程度放置され、接着剤が硬化した後、発光ダイオードチップ１６の電極と、リードフレーム１４の回路パターンとが導電性ワイヤ１７で連結される。なお、リードフレーム１４を省略して、発光ダイオードチップ１６を印刷回路基板１３に接着固定してもよい。また、発光ダイオードの種類と製造方法に応じて接着固定および連結する方法やリードフレーム１４の形状は上記したものに限られず、多様に変えられるものである。
一方、トランスファ成型用透明粉末エポキシ樹脂に、第１実施形態で説明したものと同一の視感度増光剤を所望の輝度を得る適正な重量比で混入する。具体的には、１００重量部のトランスファ成型用透明粉末エポキシ樹脂に、視感度増光剤を０.１重量部から２０重量部までの重量比で混入する。
トランスファ成型用粉末エポキシ樹脂と視感度増光剤を良く混合して交合させた後、これを大量生産作業に便利にならしめるため、および、最終の製品に気泡が生ずる問題点を除去するため、粉末を５０〜３００ｋｇ/ｃｍ２で加圧してダブレット（Ｔａｂｌｅｔ）状の蛍光体を形成する。別に製造された複数の印刷回路基板（数はトランスファーモールド金型の形態に応じて異なる）を対応する金型が設置されたトランスファーモールディングプレスの上に配列させ、視感度増光剤が混入されたタブレット状の蛍光体を入れて０.５乃至２トン/ｃｍ２の圧力、１３０乃至１８０℃の温度、２００乃至６００秒の条件下でトランスファーモールド成型を行う。これで、タブレット状の蛍光体が発光ダイオードチップ１６を覆うようにトランスファーモールディングされる。トランスファーモールド成型後、印刷回路基板１３とリードフレーム１４自体に鍍金されされたパターンに応じて個々の製品としての発光ダイオード３００に切断するためダイシング（切断）工程が実行される。なお、リードフレームに形成されている回路パターンに応じて１回のトランスファ成型で得られる発光ダイオードの個数は自由に変更することができる。
なお、発光ダイオード３００の製造においては、ダイシング工程中に生ずる水分を取り除き成型されたモールドの状態を安定化させるため、この後さらに、１００乃至２５０℃の温度の条件で１時間前後放置がされる場合もある。また、完成された発光ダイオード３００は、光度値（輝度）の分類およびテストがされ、リールに巻き取られた状態等で出荷されることになる。
このような製造方法により、視感度増光剤を別途液状状態のエポキシ樹脂に混入させて発光ダイオードチップの上にポッティングする等の作業をしなくても、図１または図７に示す発光ダイオードと同様に適度な重量比の視感度増光剤を有する発光ダイオードを製造することができる。つまり既存の発光ダイオードチップを用い、既存工程を大きく変更することなく、表面実装用のチップＬＥＤである発光ダイオードを製造することができる。チップＬＥＤは、既存の製品に代わって更にコンパクトな電子製品に使用可能にならしめる。また、このような製造工程でにより、一度のトランスファーモールド成型工程で同一造成の視感度増光剤を有するチップＬＥＤを大量に製造することができる。同時に、蛍光体を一つ一つポッティング（ＬＥＤ ｃｈｉｐ 上に塗布）する工程が無いので時間と製造費用の浪費が解消する。
本発明の発光ダイオードの一実施形態に相当する上面発光タイプ（ＴＯＰ ｔｙｐｅ）の発光ダイオードの断面図である。 図１に示す発光ダイオードの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における視感度増光剤の吸収・反射スペクトルを示す図である。 本発明の実施形態における視感度増光剤の励起スペクトルと発光スペクトルを示す図である。 視感度増光剤を樹脂に混入しない比較例試料である発光ダイオードの発光スペクトルを示す図である。 視感度増光剤を１.０重量部混入した試料である発光ダイオードの発光スペクトルを示す図である。 本発明の第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。 本発明の第３実施形態の発光ダイオードの断面図である。
符号の説明
１００，２００，３００ 発光ダイオード
４，９，１６ 発光ダイオードチップ
５，１０，１７ 導電性ワイヤ
６，１１，１８ 蛍光体
７ｂ インナーリード
７ｃ カップ
７ａ マウントリード
１３ 印刷回路基板

Claims (7)

  1. ３８０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲内にピーク波長を有する光を発光する発光ダイオードチップと、
    前記発光ダイオードチップからの発光光のうち４７０ｎｍ未満の波長の発光光が励起光となって励起されて４７０ｎｍ以上の波長で励起発光する有機顔料または有機染料を有する蛍光体とを備えたことを特徴とする青色発光ダイオード。
  2. 前記蛍光体が、前記発光ダイオードチップからの発光光と該蛍光体からの励起発光光との混合光の主波長を、該発光ダイオードチップの発光光の主波長よりも５ｎｍから９０ｎｍまでの範囲で長波長側に変換する有機顔料または有機染料を有するものであることを特徴とする請求項１記載の青色発光ダイオード。
  3. 前記蛍光体が、少なくとも３８０ｎｍから４４０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている励起スペクトルと、少なくとも４９０ｎｍから５２０ｎｍまでの波長範囲についてピーク値の９０％を超えている発光スペクトルとを示す有機顔料または有機染料を有するものであることを特徴とする請求項１記載の青色発光ダイオード。
  4. 前記蛍光体が、下記の構造式（１）で表される有機顔料または有機染料を有するものであることを特徴とする請求項１記載の青色発光ダイオード。
    Figure 2007281130
     ここで、Ｒは、水素原子またはアルキル基である。
  5. 前記蛍光体は、主剤と硬化剤を混合したエポキシ樹脂およびシリコーン樹脂のうちの一方の樹脂である母体樹脂の１００重量部に対して、前記有機顔料または有機染料が０．１重量部から２０重量部までの範囲で配合されてなるものであることを特徴とする請求項１記載の青色発光ダイオード。
  6. この青色発光ダイオードの発光方向前方に向けて開いたカップを有するマウントリードを備え、
    前記発光ダイオードチップが前記カップ内に搭載されたものであり、
    前記マウントリードと前記発光ダイオードとを電気的に接続する導電性ワイヤを備え、
    前記蛍光体が前記カップ内で前記発光ダイオードチップを覆うものであることを特徴とする請求項１記載の青色発光ダイオード。
  7. 回路パターンを有する基体の上に、３８０ｎｍから４６０ｎｍまでの範囲内にピーク波長を有する光を発光する発光ダイオードチップを接着固定するマウンティング工程と、
    前記基体の上に接着固定された発光ダイオードチップの電極と該基体の回路パターンとを電気的に接続する接続工程と、
    前記発光ダイオードチップからの発光光のうち４７０ｎｍ未満の波長の発光光が励起光となって励起されて４７０ｎｍ以上の波長で励起発光する、有機顔料または有機染料を有する蛍光体に圧力を加えてタブレット形状の蛍光体を形成するタブレット形成工程と、
    前記接続工程が実施された後の発光ダイオードチップを覆うように、前記蛍光体をモールディングするモールド工程とを有することを特徴とする青色発光ダイオードの製造方法。
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