JP3219000B2 - Led表示器とその製造方法 - Google Patents

Led表示器とその製造方法

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    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3025Electromagnetic shielding

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、複数の発光ダイオー
ドを縦横列などに並べてテレビジョン画像、コンピュー
タ表示など種々の情報を表示させるLED表示器に係わ
り、特に、発光波長に伴う色むらを低減させると共に歩
留まりを向上させたLED表示器に関する。
【0002】
【従来技術】今日、高輝度に発光可能な発光ダイオード
として色の3原色に相当するRGB(赤色、緑色、青
色)の各種発光色が発光可能な発光ダイオードが開発さ
れている。これに伴い軽量化、大画面化や低消費電力化
が可能な表示装置として複数の発光ダイオードを組み合
わせたLED表示装置が種々開発されてきている。
【0003】このようなLED表示装置は、基板上にR
GBなどが発光可能な発光ダイオードの画素を複数縦横
などに組み合わせディスプレイ状としてある。これらの
画素中に配置された発光ダイオードの輝度や発光時間な
どを調節させることにより任意の文字、図形などが表示
できるものである。LED表示器を、ビルディングの屋
上などに配置して使用する大画面なものでは、このよう
な画素を約16万画素をも用いたLED表示器となる。
このような、大画面のLED表示器においても、LED
表示器の色むらなどを抑えるため各発光ダイオードは、
発光輝度や半導体特性などが非常に均一な特性を有する
ことが求められる。
【0004】しかし、発光ダイオードに用いられる半導
体は、その形成条件が極めて難しく原料ガス流量や基板
温度、不純物濃度のわずかの差で発光特性などにバラツ
キが生ずる。2インチ程度の半導体ウエハーから1万個
にも及ぶLEDチップを形成させるために発光輝度など
を選出させ、各画素ごとに揃えて約16万個にも及ぶ発
光ダイオードをLED表示器に使用することは実質上極
めて難しい。仮に各発光ダイオードの特性を揃えたとし
ても極めて歩留まりの悪いLED表示器となってしま
う。そのため、特性の違う発光ダイオードを使用するた
めに各発光ダイオードの輝度を電気的に補正して使用す
るものとして、特開平8−1630号公報、特開平8−
30231号公報、特開平8−152856号公報など
が考えられている。
【0005】具体的には、発光輝度のバラツキを抑制す
るため予め発光ダイオードのバラツキを測定すると共
に、輝度補正データを発光ダイオードに流れる電流量や
発光パルスの表示回数比などを種々に調整させた回路を
用いることによって、発光ダイオードごとのバラツキや
1画素における混色表示の色むらを補正している。これ
により、LED表示装置の発光輝度に伴う色むらなどを
ある程度制御することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光ダ
イオードの輝度が補正回路などにより均一化されるに従
って、発光ダイオードの単色性発光波長などにも発光波
長ズレがあり、この発光波長ずれに伴う色むらが顕著に
なることがわかった。このような発光波長ズレは、同色
系発光ダイオードのバラツキが均等となるようにLED
表示器内において混ぜ合わせ利用したとしても十分では
ない。また、半導体発光素子を加熱/冷却することによ
って発光波長ズレをある程度制御することができる。さ
らに、発光ダイオードを構成するモールド部材中に着色
剤を含有させLEDチップが発光した光のうち所望外の
波長をカットするフィルター効果により波長域を絞るこ
ともできる。
【0007】しかし、発光ダイオードが密集したLED
表示器において、約16万個近くも個々に温度制御させ
ることは極めて難しい。また、着色剤によるフィルター
効果は余分な波長をカットすることしかできない。ま
た、発光効率の低下を伴うためにそれだけでは十分に発
光波長を均一にすることができない。このため同色系発
光ダイオードの発光波長のずれに伴う色むらなどを制御
することは極めて難しい。 したがって、高精度、高解
像度が要求される現在においては上記構成のLED表示
器では十分とはいえず、歩留まりを向上させながら更な
る高精度、高解像度において色むらのないLED表示器
が要求される。本願発明は、上記問題点を解決し、色む
らがなく高精度、高解像度のLED表示器を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願発明は、少なくとも
同色系の2以上の発光ダイオードを用いて1画素とした
LED表示器とその製造方法であって、1画素中の同色
系の発光ダイオードは、同色系の複数の発光ダイオード
を一定の発光波長範囲ごとに分類した複数の発光波長域
のうち、主発光波長が第1の発光波長域内である発光ダ
イオード群から選択された第1の発光ダイオードと、前
記第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある
第2の発光波長域内の発光ダイオード群から選択された
第2の発光ダイオードとを用いたLED表示器とその製
造方法である。また、より歩留まりを高められるものと
して前記第1の発光波長域内である発光ダイオード群と
第2の発光波長域内である発光ダイオード群との間に第
3の発光ダイオード群を有し、前記第3の発光ダイオー
ド群から選択された発光ダイオードは第3の発光ダイオ
ード同士で1画素を構成するLED表示器でもある。さ
らに、フルカラー化が可能なものとして、前記発光ダイ
オードがRGBの各発光ダイオードにおいてそれぞれ組
み合わせされているLED表示器でもある。
【0009】さらにまた、少なくとも同色系の2以上の
発光ダイオードを発光させて1画素とし、該画素を2以
上有するLED表示器であって、前記画素内の発光ダイ
オードが、同色系発光において混色表示された画素の平
均発光波長よりも長い主発光波長を有する第1の発光ダ
イオードと、該第1の発光ダイオードと同色系であって
混色表示された1画素の平均発光波長よりも短い主発光
波長を有する第2の発光ダイオードであるLED表示器
である。
【0010】
【発明の実施の形態】本願発明者は、種々の実験の結果
LED表示器に用いられる発光ダイオードの色むらが同
色系発光ダイオードの波長ズレに基づくものであること
を突き止めると共に、1画素ごとに同色系発光ダイオー
ドの単色性発光波長群の組み合わせを選択することによ
って解決できることを見出し本願発明を成すに至った。
【0011】即ち、同色系の発光ダイオードを一定の発
光波長ごとに複数分類し所望の発光波長域を挟んで両端
域にある発光ダイオード群から選択された発光ダイオー
ドをそれぞれ1画素として利用することによって混色発
光させる。これにより画素ごとの同色系の色むらを混色
によりキャンセルし比較的均一な単色性発光波長などを
有するLED表示器を歩留まり良く形成することができ
るものである。
【0012】具体的一例としては、窒化ガリウムを用い
た青色系半導体発光素子として発光波長464nmから4
85nmのものを利用する。発光ダイオードを波長ごとに
3段階に分類する。第1の分類を主発光波長が464nm
以上475nm未満である発光波長域内の発光ダイオード
群Aにする。第2の分類を主発光波長が475nm以上4
80nm未満である発光波長域内の発光ダイオード群Bに
分類する。第3の分類を主発光波長が480nm以上48
5nm以下である発光波長域内の発光ダイオード群Cに分
類する。分類されたA、B、C発光ダイオード群のうち
発光ダイオード群Bから選択された発光ダイオードは、
発光ダイオード群Bから選択された発光ダイオード同士
2個近接して配置しLED表示器の1画素として利用す
る。他方、発光ダイオード群A及びCにおいてはそれぞ
れの群から発光ダイオードを1個ずつ用い近接配置する
ことによりLED表示器の1画素とする。
【0013】これによって発光ダイオード群Aからの発
光ダイオードと発光ダイオード群Cからの発光ダイオー
ドの発光混色により色表現させることができる。したが
って、LED表示器の全ての画素において発光ダイオー
ド群Bの発光波長域に近づけることができると共に歩留
まりが向上する。同様に、緑色系や赤色系を発光する発
光ダイオードにも適用することができる。このRGBの
画素を組み合わせて表示させることにより、発光波長ず
れに伴う色むらが少なく歩留まりの高いフルカラーLE
D表示装置を構成することができる。以下、本願発明に
用いられる構成について詳述する。
【0014】(発光波長域) 本願発明で用いられる発光波長域とは、同色系の類似し
た発光波長を発光する発光ダイオードを所望の発光波長
範囲ごとに分類したものをいう。具体的な、青色系の発
光波長域として464nmから475nm、475nm
から480nm、480nmから485nmが挙げられ
る。同様に緑色系の発光波長として510nmから52
0nm、520nmから535nm、535から545
nmが挙げられる。なお、同色系とは1の発光ダイオー
ドの発光波長と比較的近似した発光波長を有し青色系、
緑色系、赤色系、黄色系や白色系などとして分類される
色同士のことをいう。したがって、所望のLED表示器
によって種々に選択させることができる。発光ダイオー
ドの同色系の例としてLED表示器においては、青色系
の発光波長においては430nmから490nm、赤色
系の発光波長では600nmから700nm、緑色系で
は495nmから565nmなどが好適に挙げられる。
同様に、より高精細化したLEDにおいては、青色系と
して464nmから485nm、緑色系として510n
mから545nm、赤色系として630nmから655
nmがより好ましい。この同色系において発光波長域で
分類された2個以上の発光ダイオードを用いる。この発
光ダイオードの混色により所望の発光波長を有する1画
素とすることができるものである。
【0015】そのため、形成された同色系発光ダイオー
ドは、1画素ごとに所望の発光波長域内に収まるように
すべく同色系の発光ダイオードを複数の発光波長域ごと
に分類する。分類された同色系発光ダイオードは、混色
により所望の発光波長域内に収まるよう所望の発光波長
域を中心として各発光波長域から発光ダイオードを選択
して1画素を構成してある。結果として、形成されたL
ED表示器は、1画素内の発光ダイオードが、同色系発
光において混色表示された画素の平均発光波長よりも長
い主発光波長を有する発光ダイオードと、この発光ダイ
オードと同色系であって混色表示された1画素の平均発
光波長よりも短い主発光波長を有する発光ダイオードで
構成されることとなる。このように発光波長域ごとに発
光ダイオードを選別することは、 自動選別機を用いて
簡単に行うことができる。また、自動実装機を用いて発
光ダイオードを基板上に配置させることができる。これ
らの同色系の分類は所望に応じて発光波長域を狭めても
良いし広めても良い。即ち、発光波長域は、使用される
LED表示器の用途などによって種々選択することがで
きる。また、発光ダイオード群は、3分類に限定される
ものでもなく2分類でも5分類以上とさせても良い。そ
の場合、所望の波長域とさせるためには所望とする波長
域を中心として対称にある発光ダイオード群同士の混色
を利用することで全ての画素を所望の波長域により近づ
けることができる。
【0016】窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN、
0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた発光ダイオード
においては、発光波長を揃え形成させることが難しく、
また、青色系や白色系の発光においては、人間の視覚上
色ずれを検知しやすいため本願発明が有効に働く。特
に、LEDチップから放出された光をフォトルミネセン
ス蛍光体によって波長変換させ白色系が発光可能とした
発光ダイオードの場合、LEDチップ自体の発光波長ズ
レと、フォトルミネセンス蛍光体によって色変換される
ことによって生ずる波長ズレが生ずる。そのため、単に
LEDチップのみを使用したLED表示器に比べてより
色むらが生じやすい。したがって、このようなフォトル
ミネセンス蛍光体を用いた発光ダイオードにおいては本
願発明がより有効に働く。
【0017】 (発光ダイオード101、102、103、104、1
05、106) 本願発明に用いられる発光ダイオードは、種々の半導体
を用いたLEDチップやそのLEDチップを樹脂や硝子
などでモールドし形成した発光素子が挙げられる。本願
発明のLED表示器に用いられる発光ダイオードとして
は、1色でも良いし赤、緑、青(RGB)や白色などを
それぞれ組み合わせて2色以上を用いてもよい。いずれ
にしても本願発明において、ディスプレイなどの1画素
において2個以上の同色系発光ダイオードを用い発光波
長ズレを補正する。具体的な発光ダイオードとしては、
液相成長法、有機金属気相成長法(MOCVD)、ハラ
イド気相成長法(HDVPE)や分子線気相成長法(M
BE)等により基体上にGaAlN、ZnS、ZnS
e、SiC、GaP、GaAlAs、AlInGaP、
InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光
層として形成させた物が好適に用いられる。
【0018】半導体の構造としては、MIS接合、PI
N接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるい
はダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材
料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光ま
で種々選択することができる。さらに、量子効果を持た
すために単一量子井戸構造や、井戸層と井戸層よりもバ
ンドギャップの大きい障壁層を井戸+障壁+・・・+障
壁+井戸或いはその逆として形成させた多重量子井戸構
造としても良い。特に窒化物系化合物半導体における多
重量子井戸構造では、井戸層は70オングストローム以
下、障壁層は150オングストローム以下の厚さにする
ことが好ましい。一方、単一量子井戸構造では70オン
グストローム以下の厚さに調整することが好ましい。こ
れにより発光出力の高い発光素子とすることができる。
上記各半導体層が形成された半導体ウエハーは、各導電
型の半導体層をエッチングなどにより露出させるなどし
た後、スパッタリング法や真空蒸着法などにより各電極
を形成する。電極が形成された半導体ウエハーを所望に
カットすることなどによりLEDチップを形成させるこ
とができる。
【0019】野外など比較的外来光が強い場所でLED
表示器を使用する場合、緑色系及び青色系を高輝度発光
可能な発光素子として窒化ガリウム系化合物半導体を用
いることが好ましい。また、赤色系ではガリウム、アル
ミニウム、砒素系の半導体やアルミニウム、インジュウ
ム、ガリウム、燐系の半導体を用いることが好ましい。
【0020】このような半導体発光層を持つLEDチッ
プをモールド部材を形成させた発光ダイオードとする場
合、一方の電極となるとなるマウント・リードのカップ
内にエポキシ樹脂などによりダイボンドさせる。次に、
LEDチップの各電極は金、アルミニウム線などの導電
性ワイヤー或いは、銀やITOなどを含有する樹脂であ
る導電性ペーストによってマウント・リードやインナー
・リードと電気的に接続させる。電気的導通を取った
後、エポキシ樹脂や低融点ガラスなどにより所望の形状
にモールド部材で被覆した発光ダイオードとすることも
できる。また、基板上にLEDチップを導電性ペースト
などで固着させると共に電気的接続を取った後モールド
部材で被覆させ発光ダイオードを形成させても良い。な
お、フルカラー表示器として発光ダイオードを利用する
ためには赤色の発光波長が600nmから700nm、
緑色が495nmから565nm、青色の発光波長が4
30nmから490nmの半導体を用いたLEDチップ
を使用することが好ましい。
【0021】(モールド部材) モールド部材205は、各LEDチップ201やその電
気的接続のための金属ワイヤー等を外部力や水分などか
ら保護するために設けられることが好ましい。モールド
部材には、着色剤と共に樹脂モールドに拡散剤を含有さ
せることができる。これによってLEDチップからの指
向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。更に、モ
ールド部材を所望の形状にすることによってLEDチッ
プが発光した光を集束させたり拡散させたりするレンズ
効果を持たせることができる。従って、モールド部材は
複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形
状、凹レンズ形状やそれらを複数組み合わせたものや、
発光観測面側から見て猫目形状などが挙げられる。上記
モールド部材の材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹
脂や低融点ガラスなどの耐候性に優れた透光性部材が好
適に用いられる。また、拡散剤としては、チタン酸バリ
ウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好
適に用いられる。
【0022】着色剤としては、モールド部材に含有され
LEDチップが発光した光のうち所望外の波長をカット
して発光特性を向上させるフィルター効果を持たせるた
めのものである。したがって、発光ダイオードの発光色
に応じて種々の染料及び顔料が種々選択される。また、
着色剤は、所望に応じてモールド部材中に種々の割合で
分散させて形成させても良い。すなわち、LEDチップ
に近づくにつれ含有濃度を増やしたり或いは減少させた
り種々選択することができる。また、LEDチップから
の光を変換させるフォトルミネセンス蛍光体を含有させ
ても良い。このようなフォトルミネセンス蛍光体を用い
た発光ダイオードとして具体的には、発光スペクトルが
400nmから530nmの窒化ガリウム系化合物半導
体を用いたLEDチップとセリウムで付活されたイット
リウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である(R
E1-xSmx)3(Al1-yGay)5O12:Ceのフォトル
ミネセンス蛍光体が好適に挙げられる。(但し、0≦x
<1、0≦y≦1、REは、Y、Gd、Laから選択さ
れる少なくとも一種である。)
【0023】着色剤、拡散剤やフォトルミネセンス蛍光
体のモールド部材中への混入はモールド部材の原材料中
に着色剤などを混合攪拌などさせたのち、砲弾状など所
望のモールド部材の形状に形成できる型にLEDチップ
などと共に入れ熱硬化などさせることによって形成する
ことができる。
【0024】(マウント・リード202) リードフレーム上にLEDチップ201が配置されるカ
ップ等を有するものは、マウント・リード202として
利用される。カップの大きさは、各LEDチップをダイ
ボンド等の機器で積載するのに十分な大きさがあり、モ
ールド部材による光の集光率に合わせて種々のものが用
いられる。本願発明においては、混色補正させるLED
チップを2種類以上カップに配置しても良い。したがっ
て、LEDチップは、例えば波長ズレを補正する青色を
2個、緑色及び赤色をそれぞれ1個ずつとすることがで
きる。また、発光波長は必ずしも青色、緑色、赤色に限
られる物ではなく、所望に応じて黄色などが発光できる
ように半導体のバンドギャプを調節すれば良い。具体的
な例としては、青色と緑色のLEDチップに挟まれた黄
色LEDチップを用いて白色光を発光させることができ
る。この場合も同様に、補正する波長のLEDチップは
2個以上設ける必要がある。カップは、LEDチップと
直接電気的に導通させ電極として利用しても良い。ま
た、LEDチップを絶縁体を介してカップと固定させ非
導電性とさせても良い。マウント・リードを各LEDチ
ップの電極として利用する場合においては十分な電気伝
導性とボンディングワイヤー等との接続性が求められ
る。
【0025】各LEDチップとカップとの接続は熱硬化
性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エ
ポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられ
る。また、LEDチップとカップを接着させると共に電
気的に接続させるためにはAg、Cu、カーボンやIT
Oなどの導電性部材を含有させた導電性ペーストや金属
バンプ等を用いることができる。さらに、各LEDチッ
プの発光効率を向上させるためにカップ表面粗さを0.
1S以上0.8S以下とすることが好ましい。また、カ
ップの具体的な電気抵抗としては300μΩ−cm以下
が好ましく、より好ましくは、3μΩ−cm以下であ
る。また、カップ上に複数のLEDチップを積置する場
合は、LEDチップからの発熱量が多くなるため熱伝導
度がよいことが求められる。具体的には、0.01ca
l/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。これらの
条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り
銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられ
る。このような材質を打ち込みによって形成させると反
射部を有するカップ底面を得ることができる。
【0026】(インナー・リード203) インナー・リード203としては、電気的接続部材であ
るボンディングワイヤー等204との接続性及び電気伝
導性が求められる。具体的な電気抵抗としては、300
μΩ−cm以下が好ましく、より好ましくは3μΩ−c
m以下である。これらの条件を満たす材料としては、
鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅等が挙げられる。また、イ
ンナー・リードが導電性ワイヤーと接続される面の粗さ
は、導電性ワイヤーと密着性を考慮して1.6S以上1
0S以下が好ましい。
【0027】(導電性ワイヤー204) 導電性ワイヤー204は、各LEDチップ201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0.0
1cal/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。具
体的には、金、銅、白金、アルミニウム等及びそれらの
合金を用いたボンディングワイヤーが好適に挙げられ
る。作業性を考慮してアルミニウム線あるいは金線がよ
り好ましい。
【0028】(基板) 基板は、各発光ダイオードを所望の形状に配置して導電
性パターンなどにより所望に電気的に接続するために用
いられる。ディスプレイ用に基板上の発光ダイオードを
配置するには、マトリックス状や、ちどり状さらには、
図1の如く左右或いは上下からの視認性向上のためにと
びとびに発光ダイオードを配置したものなどが好適に挙
げられる。各発光ダイオードから見て各々がRGBの絵
素を構成するように組み合わせ配置するとより少ないL
EDの個数で混色性を高く発光効率を向上させることが
できる。この場合、ディスプレイの1画素として表示す
る。なお、発光波長ズレを補正する色の発光ダイオード
に関しては、1画素に2以上設けてある。発光ダイオー
ドを配置する基体としては、発光ダイオードの配置のみ
ならず駆動回路用の基板と兼用しても良い。基板は、機
械的強度が高く熱変形の少ないものが好ましい。具体的
には銅箔などの導電体が形成されたセラミックス、ガラ
ス等を用いた基板が好適に利用できる。発光ダイオード
が実装される基板表面はLED表示器の表示面と一致す
るためコントラスト向上のために暗褐色や黒色などに着
色してあることが好ましい。また、充填材との密着性向
上のために凹凸加工させても良い。
【0029】(遮光部材107) 遮光部材107は、外来光の照射によって発光ダイオー
ドが視認しにくくなることを防止するためにもちいられ
ることが好ましい。したがって、設置場所や設定視認距
離を考慮して遮光部材の長さ、厚み及び角度を決定す
る。遮光部材は、視認距離に合わせてその角度を変更さ
せることができることが好ましい。遮光部材の筐体に対
する設置角度は、視認距離や筐体の設置角度などによっ
て所望に選択できるが、好ましくは表示面の垂直方向に
対して0度から10が好ましい。また、遮光効率を向上
させる目的で遮光部材を黒色などに着色させてもよい。
【0030】LED表示器の遮光は、LED表示器の設
置角度、遮光部材の長さや厚み、遮光部材の筐体に対す
る角度などで種々変化する。LED表示器は、その使用
環境を考慮し接地面に対して0から10度傾けて接地し
たり遮光部材の長さを長くしたりして30度から45度
の太陽光線が直接照射されないように配置しコントラス
トの向上を図る。
【0031】さらに、太陽光線などは、移動するため遮
光部材の傾斜角度にも視認性を考慮すると限界がある。
非点灯LED表示器への部分的な光照射下では、発光時
の色バランスを考慮した着色剤の可視光透過率とさせる
ことでさらにLED表示器の色バランスを大きく改善さ
せることもできる。即ち、LED表示器の表示面に照射
される光量が多く且つ、均一でない場合、遮光部材によ
って光照射されたモールド部材と光照射されていないモ
ールド部材との色の加法混色によって非発光時の表示面
の暗色系の混色が決定されるされる。そのため表示面全
体として大きな変色を生ずる場合がある。これを防ぐた
めには、LED表示装置の発光特性向上などのために青
色系の着色剤を緑色系や赤色系と比較して可視光透過率
を高くすることなどにより解決することができる。この
ようなRGBの発光ダイオードを配列したLED表示器
の青色系の発光ダイオードに部分的に光が照射されると
光照射によって反射の影響などが顕著にあらわれる。
【0032】特に、LEDチップがリード端子のカップ
内に収容されている場合、LEDチップからの光は、着
色剤の影響を一度しか受けないがカップに反射される外
来光は着色剤の影響を二度受けることとなる。このため
表示面全体としては赤みをおびたり、或いは青白っぽく
見えたり、緑ぽく変色して見えることがある。一方、光
透過率の低い緑色、赤色などに光が照射され青色に光が
照射されない場合は、RGBの加法混色は表示面全体と
して黒ぽく見える。そのため透過率と遮光率(発光ダイ
オードの特定配置)によってコントラストや色バランス
が変化すると考えられる。
【0033】そこで、着色剤の光透過率が高く発光波長
が短い発光ダイオードを外来光の影響が最も強く受ける
場所を避ける位置に配置することによって、発光特性及
び均一性を維持させつつ、色バランスの優れたLED表
示器とすることもできる。
【0034】(充填材108) 充填材108は、LED表示器の内部回路に塵芥や水分
などが進入しないようにするため設けられることが好ま
しい。充填材は、発光ダイオード、きょう体、発光ダイ
オードが配置された基板及び遮光部材などとの密着性が
よいことが求められる。また、発光ダイオードが接続さ
れた電気回路を保護するために機械的強度及び耐候性が
要求される。このような充填材として具体的には、エポ
キシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などが挙げられ
る。また、充填材は、LED表示器の表示面側に設けら
れる。そのためコントラスト向上の向上を目的として充
填材中に暗褐色や黒色などの染料及び/又は顔料を含有
させても良い。さらに、発光ダイオードからの熱を放熱
させる目的で熱伝導部材を充填材中に含有させても良
い。熱伝導部材としては発光ダイオード間にも配される
ことから電気電導しないことが求められる。具体的な熱
伝導部材としては、酸化銅、酸化銀などが挙げられる。
【0035】(筐体109) 筐体109としては、基板上にマトリックス状など所望
の形状に配置した各発光ダイオードを外部環境から機械
的に保護する物であって、所望の大きさ及び形状に種々
形成させることができる。したがって、1つの筐体で1
絵素を構成しても多数の絵素を構成してもよい。筐体は
発光ダイオードに照射される外来光の影響を少なくさせ
るための遮光部材と一体成形させても良いし、作業性の
観点から遮光部材と筐体とを別々に分離して形成させ筐
体を設置した後に遮光部材を合体させ生産性を向上させ
ても良い。また、遮光部材の角度を種々に変更させ視認
性を向上させることができる。さらに遮光部材を筐体と
異なる材質、例えば遮光部材を熱伝導率の高いアルミニ
ウムや銅などの金属、筐体をポリカーボネート樹脂など
を用いることによって発光ダイオードの放熱性を向上さ
せ発光特性を安定化させることもできる。
【0036】筐体は発光ダイオードなどからの熱の影響
をうけるため、充填材との密着性を考慮して熱膨張率の
小さい物が好ましい。筐体の内部表面は、エンボス加工
させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理して充填材
との密着性を向上させることもできる。また、所望の形
状に形成させることから成形のしやすいものが望まし
い。このような筐体の材料として具体的には、ポリカー
ボネート樹脂、ABS樹脂、エポキシ樹脂、フエノール
樹脂等が好ましい。
【0037】(駆動装置302) 本願発明に用いられる駆動装置としては、点灯回路など
を有し発光ダイオードを複数個配置した本願発明のLE
D表示器と電気的に接続されるものである。具体的に
は、駆動回路からの出力パルスによってマトリックス状
などに配置したLED表示器を駆動する。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RA
M(Random、Access、Memory)と、
該RAM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
御回路と、階調制御回路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とを備え
る。階調制御回路は、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。階調制御回路から出力されるパルス信号である階調
信号は、発光ダイオードのドライバーに入力されてドラ
イバをスイッチングさせる。ドライバーがオンになると
発光ダイオードが点灯され、オフになると消灯される。
なお、LED表示器に用いられる発光ダイオードの発光
輝度ムラをこの駆動装置内に設けても良い。この場合、
補正する値をRAM等に入力させておき発光ダイオード
の発光輝度或いは時間データをRAMの補正値に基づい
て補正データを演算する。補正データを上述と同様に階
調制御回路、ドライバーを介して発光ダイオードに供給
させることにより輝度ムラを補正することができる。以
下、本願発明の具体的実施例について説明するが、本願
発明はこれのみに限定されるものではないことは言うま
でもない。
【0038】
【実施例】(実施例1) 青色が発光可能なLEDチップとしてサファイヤ基板上
にMOCVD法を用いて量子効果が生ずる程度の厚みで
ある3nmとしたInGaNを発光層として形成させた
後、電極を形成し主として478nmの発光波長を有す
るLEDチップを形成させた。これらのLEDチップを
それぞれのリードフレームと金線を用いてワイヤーボン
ディングし電気的に接続させた。次に、LEDチップを
キャスティングケース内に挿入固定する。エポキシ樹脂
をキャスティングケースの中に流し込み硬化させのち、
取り出して発光ダイオードを500個形成させた。
【0039】形成された発光ダイオードを発光波長分別
機を用いて同色系の発光波長ごとに分類した。発光波長
域は、青色系として464nmから475nmを第1の
発光波長域とし、475nmから480nmを第3の発
光波長域とする。また、480nmから485nmを第
2の発光波長域とした。第1の発光波長域内に主発光波
長が収まる発光ダイオードは、68個であった。第3の
発光波長内に主発光波長が収まる発光ダイオードは38
1個であった。また、第2の発光波長内に主発光波長を
有する発光ダイオードは51個であった。5X5の画素
を有するLED表示器を9個形成させ各画素ごとに点灯
させ発光波長を測定した。各画素は、2個の発光ダイオ
ードを用いて形成させ、第3の発光波長域の発光ダイオ
ード群から選択された発光ダイオードを用いて1画素を
形成させる場合は第3の発光波長域から選択された発光
ダイオード同士を用いて1画素を形成させた。第1の発
光波長域から選択される発光ダイオードを用いて1画
を用いる場合は、1画素内に第1の発光波長域から選択
された発光ダイオードと第2の発光波長域から選択され
た発光ダイオードを用いて形成させてある。この発光ダ
イオードの発光ダイオードをプリント基板上に配置し
た。エポキシ樹脂によって形成された遮光部材と一体の
きょう体内部に発光ダイオードが配置されたプリント基
板を挿入固定させた。次に耐候性向上のために発光ダイ
オードの発光先端部を除いてきょう体内部にシリコンゴ
ムを充填させ、120℃、5時間で硬化しLED表示器
とした。このLED表示器を駆動回路と電気的に接続さ
せLED表示装置を形成させた。
【0040】光計測機器でLED表示器の画素ごとの平
均波長を測定した。即ち、画素内の発光ダイオードが、
同色系発光において混色表示された画素の平均発光波長
よりも長い主発光波長を有する第1の発光ダイオード
と、該第1の発光ダイオードと同色系であって混色表示
された1画素の平均発光波長よりも短い主発光波長を有
する第2の発光ダイオードとなり、第3の発光波長域を
有する発光ダイオードのみを使用して形成させたLED
表示器と同様、発光波長に伴う色むらが観測されないと
共に歩留まりが約12%以上向上した。
【0041】(実施例2) RGBが発光可能な発光素子として各LEDチップをそ
れぞれ形成させる。具体的にはR(赤色)が発光可能な
LEDチップとしてP型GaAs基板上に温度差液晶成
長法を用いてP型及びN型のGaAlAsを形成させた
後、電極を形成し655nmの発光波長を有するLED
チップを形成させた。一方、G(緑色)が発光可能なL
EDチップとしてサファイヤ基板上にMOCVD法を用
いてSiドープのInGaNを半導体発光層として形成
させた後、電極を形成し主として525nmの発光波長
を有するLEDチップを形成させた。同様に、B(青
色)が発光可能なLEDチップとしてサファイヤ基板上
にMOCVD法を用いてG(緑色)とSiの含有量を変
えたSiドープのInGaNを半導体発光層として形成
させた後、電極を形成し主として478nmの発光波長
を有するLEDチップを形成させた。これらのLEDチ
ップをそれぞれのリードフレームと金線を用いてワイヤ
ーボンディングし電気的に接続させた。
【0042】次に、これらを各LEDチップごとにキャ
スティングケース内に挿入固定しエポキシ樹脂をキャス
ティングケースの中にそれぞれ流し込み硬化させのち、
取り出して発光ダイオードを形成させた。青色系発光ダ
イオードを500個、緑色系発光ダイオード及び赤色系
発光ダイオードをそれぞれ750個用いた。
【0043】形成された発光ダイオードを発光波長分別
機を用いて同色系発光波長ごとに分類した。発光波長域
は、青色系として464nmから475nmを第1の発
光波長域とし、475nmから480nmを第3の発光
波長域とする。また、480nmから485nmを第2
の発光波長域とした。第1の発光波長域内に主発光波長
が収まる発光ダイオードは、68個であった。第3の発
光波長内に主発光波長が収まる発光ダイオードは381
個であった。また、第2の発光波長内に主発光波長を有
する発光ダイオードは51個であった。同様に、緑色系
として510nm以上520nm未満を第4の発光波長
域とし、520nm以上535nm未満を第6の発光波
長域とする。また、535nm以上545nm未満を第
5の発光波長域とした。第4の発光波長域内に主発光波
長が収まる発光ダイオードは、192個であった。第6
の発光波長内に主発光波長が収まる発光ダイオードは4
73個であった。また、第5の発光波長内に主発光波長
を有する発光ダイオードは185個であった。このよう
な発光ダイオードをRGBそれぞれの発光ダイオードの
混色性が高まるよう近接させて図1(A)の如くそれぞ
れ銅パターン形成されたプリント基板上に配置した。エ
ポキシ樹脂によって形成された遮光部材と一体のきょう
体内部に発光ダイオードが配置されたプリント基板を挿
入固定させた。
【0044】次に耐候性向上のために発光ダイオードの
発光先端部を除いてきょう体内部にシリコンゴムを充填
させ、120℃、5時間で硬化しLED表示器を構成さ
せた。青色の発光ダイオードは、第1の発光波長域内に
主発光波長を有する発光ダイオードと、第2の発光波長
域内に主発光波長を有する発光ダイオードと、を組み合
わせるか、第3の発光波長内に主発光波長を有する発光
ダイオード同士を組み合わせて用いてある。緑色の発光
ダイオードは、第1、第2及び第3の発光波長域内に主
発光波長を有する発光ダイオードを一つずつ3個用いて
構成させてある。赤色の発光ダイオードについては、6
30nm以上655nmのものを用いて構成させた。こ
のLED表示器を駆動回路と電気的に接続させ185個
のLED表示装置を形成させた。駆動回路は、各発光ダ
イオードの輝度が等しくなるようそれぞれ補正させてあ
る。実施例1同様、青色、緑色のみをそれぞれ単独で点
灯させても色むらはほとんど観測されなかった。
【0045】
【発明の効果】本願発明の請求項1と請求項5の構成に
することにより、発光ダイオードの発光波長ズレに伴う
色むらを補正しつつ歩留まりの高いLED表示器とその
製造方法を提供することができる。
【0046】本願発明の請求項2の構成とすることによ
り、さらに歩留まりの高いLED表示器とすることがで
きる。
【0047】本願発明の請求項3の構成とすることによ
り、フルカラー表示器においてもさらに歩留まりが高く
色むらのないLED表示器とさせることができる。
【0048】本願発明の請求項4の構成とすることによ
って、より大画面のLED表示器においても発光ダイオ
ードの発光波長ズレに伴う色むらを補正しつつ歩留まり
の高いLED表示器及びそれを用いた表示装置を提供す
ることができる。
【0049】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本願発明のLED表示器の概略平面図
であって、図1(A)は、1画素を表し、図1(B)
は、4画素が集まったLED表示器の概略平面図を示
す。図1(C)は、2画素を1つの表示器中に配置した
LED表示器の概略平面図を示す。
【図2】本願発明に用いられる発光ダイオードの概略断
面図である。
【図3】本願発明のLED表示器を利用した表示装置の
概略斜視図である。
【符号の説明】
101・・・青色系の第1の発光波長域内である発光ダ
イオード群から選択された第1の発光ダイオード 102・・・青色系の第2の発光波長域内である発光ダ
イオード群から選択された第2の発光ダイオード 103・・・緑色系の第1の発光波長域内である発光ダ
イオード群から選択された第1の発光ダイオード 104・・・緑色系の第3の発光波長域内である発光ダ
イオード群から選択された第1の発光ダイオード 105・・・緑色系の第2の発光波長域内である発光ダ
イオード群から選択された第1の発光ダイオード 106・・・赤色系の発光ダイオード 107・・・遮光部材 108・・・充填材 109・・・筐体 201・・・LEDチップ 202・・・マウント・リード 203・・・インナー・リード 204・・・導電性ワイヤー 205・・・モールド部材 301・・・発光ダイオード 302・・・駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 G09F 9/33

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも同色系の2以上の発光ダイオ
    ードを用いて1画素としたLED表示器であって、1画素中の同色系の発光ダイオードは、同色系の複数の
    発光ダイオードを一定の発光波長範囲ごとに分類した複
    数の発光波長域のうち、 主発光波長が第1の発光波長域
    内である発光ダイオード群から選択された第1の発光ダ
    イオードと、前記第1の発光波長域よりも主発光波長が
    長波長側にある第2の発光波長域内の発光ダイオード群
    から選択された第2の発光ダイオードであることを特徴
    とするLED表示器
  2. 【請求項2】 前記第1の発光波長域内である発光ダイ
    オード群と第2の発光波長域内である発光ダイオード群
    との間の発光波長領域の第3の発光ダイオード群を有
    し、前記第3の発光ダイオード群から選択された発光ダ
    イオードは第3の発光ダイオード同士で1画素を構成す
    る請求項1記載のLED表示器。
  3. 【請求項3】 前記発光ダイオードがRGBの各発光ダ
    イオードにおいてそれぞれ組み合わせされている請求項
    1記載のLED表示器。
  4. 【請求項4】 少なくとも同色系の2以上の発光ダイオ
    ードを発光させて1画素とし、該画素を2以上有するL
    ED表示器であって、 前記画素内の発光ダイオードが、同色系発光において混
    色表示された画素の平均発光波長よりも長い主発光波長
    を有する第1の発光ダイオードと、該第1の発光ダイオ
    ードと同色系であって混色表示された1画素の平均発光
    波長よりも短い主発光波長を有する第2の発光ダイオー
    ドであることを特徴とするLED表示器。
  5. 【請求項5】 少なくとも同色系の2以上の発光ダイオ
    ードを用いて1画素としたLED表示器の製造方法であ
    って、 同色系の発光ダイオードを一定の発光波長領域範囲ごと
    に複数の発光波長域に分類する工程と、 該分類された主発光波長が第1の発光波長域内である発
    光ダイオード群から選 択された第1の発光ダイオードを
    選択する工程と、 前記第1の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にあ
    る第2の発光波長域内の発光ダイオード群から選択され
    た第2の発光ダイオードを選択する工程と、 少なくとも前記第1の発光ダイオードと前記第2の発光
    ダイオードを用いてLED表示器の1画素を形成する工
    程とを有するLED表示器の製造方法。
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