JP3476611B2 - 多色発光素子及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

多色発光素子及びそれを用いた表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バンドギャプが異
なる複数の半導体を利用して発光させる多色発光素子に
関し、特に、外部量子効率が高く、長時間使用時の信頼
性及び混色性に優れた多色発光素子及びそれを用いた表
示装置に関する。
【従来の技術】今日、LSI等のシリコンテクノロジー
及び光通信等の発展により、大量の情報を処理及び伝送
することが可能となった。これに伴い、多量な画像情報
処理可能なフルカラー化及び大型化した表示装置に対す
る社会の要求が、ますます高まりを見せている。
【0002】特に、不特定多数の人々が視認する大型表
示装置については、極めて要求が高い。この様な大型表
示装置としては、冷陰極管を多数組み合わせて表示する
マルチビジョンや液晶フィルターを利用した液晶プロジ
ェクター等が知られている。
【0003】しかしながら、前述の方式は装置重量、装
置体積が大きい。また、駆動のために高電圧を使用する
ため保守点検がしにくい。或いは使用環境が制限される
などの問題がある。そのため、大型表示装置は、本格的
に普及するまでには至っていない。
【0004】一方、最近フルカラー表示が可能であるR
GB(赤、緑、青)三原色がそれぞれ高輝度に発光可能
な固体発光素子(以下、LEDと呼ぶ。)が開発され
た。このLEDの開発にともない大型表示装置等として
にわかにLEDが注目されている。LEDを用いた表示
装置は、従来の表示装置と比べ装置体積、装置重量が極
めて小さくすることが可能であると同時に長寿命化が可
能である。また、従来の冷陰極管を使用したデイスプレ
イ等と比較して製造が比較的容易であり、駆動電圧及び
消費電力が極めて小さいために大型表示装置として特に
有望視されている。
【0005】このLEDとしては、共通基板であるステ
ム等の上に赤色、緑色及び青色からなる3つ以上のLE
Dチップを配置しそれぞれの発光色の組み合わせにより
フルカラー表示させることができる発光素子いわゆる
「多色発光素子」が挙げられる。(以下、本願明細書に
おける多色発光素子とは、共通基板上に設けられた発光
波長が異なる電磁波を発光しうる半導体が複数設けられ
たものを示す。)具体的には、全てのLEDチップを点
灯させると白色になり、赤と緑でイエロー、緑と青でシ
アンとなる。さらに、各LEDの明るさを調整して種々
発光色とすることができる。この様な、多色発光素子
として特開平6ー177430号、特開平6ー1774
25号等が挙げられる。
【0006】RGB3原色を使用したLED構成の具体
的一例を図4及び図5に示す。このフルカラー表示可能
なLEDは、足ピン404、405、406を備え、ス
テム407上に赤色LEDチップ401と緑色LEDチ
ップ402及び青色LEDチップ403を配置してあ
る。赤色LEDチップ401、緑色LEDチップ402
及び青色LEDチップ403は、それぞれの半導体に設
けられた一方の電極とステム407とをそれぞれAgペ
ーストを介して電気的に接続し他方の電極と足ピン40
4、405、406とは電気的接続部材408を用いて
結線してある。次に図5に示すように、光拡散剤を低濃
度で分散させたエポキシ樹脂等の光分散部材501と、
透明のエポキシ樹脂などからなる透明部材502と、を
有するモールド503が形成される。即ち、モールド5
03は、各LEDチップ401、402、403からの
光を混色等させるためのレンズとして機能している。上
記構成の各LEDチップをそれぞれ発光させることによ
って所望の発光色がえられる多色発光素子として機能さ
せることができる。この多色発光素子をマトリックス状
や所望の幾何学的形状に配置することによって表示装置
として利用することができる。
【0007】しかしながら、視認性及び信頼性の向上が
求められる今日においては上記構成の多色発光素子では
十分ではなく更なる高輝度低電力化、混色性の向上及び
耐久性が求められている。又上記構成の多色発光素子を
表示装置として用いた場合においては見る角度によって
著しく生じる混色不良現象を改善することが求められて
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記課題
に鑑み信頼性が高く更なる高輝度化及び高混色性を達成
する多色発光素子及びそれを用いた表示装置を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願発明は、共通電極上
波長の異なるLEDチップが一直線的に配置され前記
共通電極が樹脂モールドにより封入されてなる多色発光
素子において、少なくとも第1の発光波長を有する第1
のLEDチップが第1の発光波長より短い発光波長を発
光する第2のLEDチップ及び第1の発光波長より短い
発光波長を発光する第3のLEDチップの間に配置して
なる多色発光素子において、第1のLEDチップは発光
観測面側の中心にボンデイングワイヤーが1つ接続され
ると共に第2のLEDチップ及び第3のLEDチップは
それぞれ少なくとも2以上のボンデイングワイヤーが発
光観測面側の発光中心からずれて接続されている多色発
光素子である。
【0010】また、本願発明の請求項2に記載の多色発
光素子は、第1のLEDチップが赤色を発光し、第2の
LEDチップは緑色を発光すると共に、第3のLEDチ
ップは青色を発光する。
【0011】さらに、本願発明の請求項3に記載の多色
発光素子は、第1のLEDチップが黄色を発光し、第2
のLEDチップ及び第3のLEDチップは青緑色を発光
する。
【0012】本願発明の請求項4に記載の多色発光素子
は、ボンデイングワイヤーがアルミニウム線あるいは金
線である。
【0013】さらにまた、本願発明の請求項5に記載の
表示装置は、各LEDチップが実質的に一直線上に配置
された上述の多色発光素子をマトリクス状に配置すると
共にLEDチップの直線配置方向とマトリクスの上下方
向が略平行である表示パネルと、該表示パネルと電気的
に接続された駆動回路とを有する。
【0014】
【発明の効果】本願発明の請求項1の構成とすることに
より長時間使用時の輝度低下を抑え信頼性が向上すると
ともに混色性を向上させることが出来る。また、光度保
持率を維持しつつ製造を簡略化することができる。さら
に、発光効率を向上させることもできる。
【0015】本願発明の請求項2の構成とすることによ
ってフルカラー表示においても混色性が向上する。
【0016】本願発明の請求項3の構成とすることによ
、混色性の高い白色光を発光させることができる。
【0017】本願発明の請求項4の構成とすることによ
って、作業性を向上させることができる。
【0018】本願発明の請求項5の構成とすることによ
って、多色発光素子が1画素として繰り返し近接して多
数配置された表示パネルを用いる表示装置においても混
色性を向上させることができる。即ち、見る角度におけ
る混色性が崩れることを低減させることができる。
【0019】
【実施態様例】本願発明者らは種々の実験の結果、多色
発光素子においては混色性、輝度及び信頼性が各LED
チップに設けられた電気的接続部材と、波長の異なる各
LEDの特定配置によって大きく変わることを見いだ
し、これに基づいて発明するに至った。
【0020】本願発明の構成による特性向上の理由は定
かではないが、バンドギャプの大きさによってほぼ発熱
量が比例すること及びLEDチップの配置によって熱が
集中することが光度保持率に大きな関係があるためと考
えられる。
【0021】即ち、LEDチップは、熱を受けることで
発光波長がずれるなどの悪影響が生じるが、多色発光素
子では個々LEDチップの発光色を混色させる必要があ
るためある程度接近して設けなければならず各LEDチ
ップが発生する熱を無視することが出来ない。特に混色
性向上のために3つ以上直線的に並べた場合、中央ほど
両側から熱を貰うため影響が大きい。さらに、個々の半
導体のバンドギャップは発光波長を決定すると供に発熱
量をも決定する。したがって、発光波長の異なるLED
チップを直線的に配置した場合熱の影響が顕著に現れ光
度保持率が大きく変化すると考えられる。
【0022】したがって、発熱量の大きいLEDチップ
を中央から離すと供に電気的接続部材を増やすことによ
って放熱量を多し光度保持率の向上が図られる。
【0023】一方、混色性の変化は半導体や電気的接続
部材によって遮られ方が変化することによって生じる為
と考えられる。発光波長の長い電磁波を放出する半導体
から放出された光は、半導体のバンドギャプの関係から
前記発光波長より短い電磁波を放出する半導体を比較的
通過しやすいがこの逆の場合は吸収され易くなること及
び短波長光の方が長波長光よりワイヤーなどと接続され
た電気的接続部に吸収されやすいこと、との相乗効果に
より混色性に差ができるものと考えられる。
【0024】また、LEDをパネルに実装しパネルの上
下方向に対してLEDチップの並びがほぼ平行にして使
用する場合は、RGB3色とも左右方向から混色性良く
みることができる。上下方向において赤色を中心として
緑色及び青色によって挟まれた構造では、人間の色差に
対する感度は青−緑間に比べイエローやマゼンタ系で高
いため赤色と緑色、赤色と青色とが接近させることによ
って混色を向上させることができる。従って、デイスプ
レイ全体として良好な混色性が得ることができると考え
られる。
【0025】以下、図を用いて本願発明を詳細に説明す
る。図1は、本願発明の概略断面図であり、図2は、本
願発明の概略模式図である。発光波長の異なる各LED
チップとして緑色(発光波長555nm)を発光するL
EDチップ101、赤色(発光波長660nm)を発光
するLEDチップ102及び青色(発光波長480n
m)を発光するLEDチップ103が共通基板であるス
テム104上に接着剤を使用して固定してある。ここ
で、LEDチップは、発光波長の最も長い赤色を中心と
して両側に緑色と青色を配置する構成としてある。各L
EDチップ101、102、103は、それぞれ電力を
供給するための電極であるリードフレーム105、10
6、107及び共通電極として機能させるステム104
と電気的に接続されている。電気的接続としてはダイボ
ンド等の機器を用いて金線などの電気的接続部材108
をワイヤーボンデイングしてある。ステム104及び各
リードフレーム105は、樹脂モールド209としてエ
ポキシ樹脂などにより封入することによって多色発光が
可能なLEDとしている。(なお、本願明細書における
多色発光素子とは、共通基板上に設けられた少なくとも
3以上の発光波長が異なる半導体を呼ぶ。)以下各々の
構成部品について説明する。
【0026】(LEDチップ101、102、103)
半導体発光素子である各LEDチップは、液相成長法や
MOCVD法等により基板上にGaAlN、ZnS、Z
nSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlInGa
P、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を
発光層として形成させた物が用いられる。半導体の構造
としては、MIS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。
【0027】次に、上記構成の半導体が形成された半導
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、また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(経線)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。
【0028】発光観測面側に複数の電極を形成するため
には各半導体を所望の形状にエッチングしてあることが
好ましい。エッチングとしては、ドライエッチングや、
ウエットエッチングがある。ドライエッチングとしては
例えば反応性イオンエッチング、イオンミリング、集束
ビームエッチング、ECRエッチング等が挙げられる。
又、ウエットエッチングとしては、硝酸と燐酸の混酸を
用いることが出来る。ただし、エッチングを行う前に所
望の形状に窒化珪素や二酸化珪素等の材料を用いてマス
クを形成することは言うまでもない。
【0029】野外などの使用を考慮する場合、高輝度な
半導体材料として緑色及び青色を窒化ガリウム系化合物
半導体を用いることが好ましく、また、赤色ではガリウ
ム、アルミニュウム、砒素系の半導体やアルミニュウ
ム、インジュウム、ガリウム、燐系の半導体を用いるこ
とが好ましいが、用途によって種々利用できることは言
うまでもない。
【0030】なお、窒化ガリウム系化合物半導体を使用
した場合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、Si
C、Si、ZnO等の材料が用いられる。結晶性の良い
窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ基板を用
いることが好ましい。このサファイヤ基板上にGaN、
AlN等のバッファー層を形成しその上にpn接合を有
する窒化ガリウム半導体を形成させる。窒化ガリウム系
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。なお、発光効率を向上させる等所望の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型ドーパンドであるZn、Mg、Be、Ca、
Sr、Ba等をドープさせる。窒化ガリウム半導体は
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、低電子線照射させたり、プ
ラズマ照射等によりアニールすることでp型化させる必
要がある。
【0031】こうしてできた波長の異なるLEDチップ
は、所望によって複数用いることができ、例えば青色を
2個、緑色及び赤色をそれぞれ1個ずつとすることが出
来る。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。また、
LEDチップの配置としては、発光波長の長いLEDチ
ップほど中央側に配置されればよい。光学的には、それ
ぞれの発光素子を直線状に配置することが好ましい。具
体的な例としては、青緑色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出来
る。なお、表示装置用の多色発光素子として利用するた
めには赤色の発光波長が610nmから700nm、緑
色が495nmから565nm、青色の発光波長が43
0nmから490nmであることが好ましい。
【0032】(電気的接続部材108)電気的接続部材
108としては、各LED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/cm 2 /cm
/℃以上が好ましく、より好ましくは0.5cal/c
2/cm/℃以上である。具体的には、金、銅、白
金、アルミニュウム等及びそれらの合金を用いたボンデ
イングワイヤーが挙げられる。また、銀、カーボン等の
フィラーを樹脂で充填した導電性接着剤等を用いること
もできる。作業性を考慮してアルミニウム線あるいは金
線が好ましい。
【0033】本発明において用いられる電気的接続部材
としては、放熱性向上の目的で複数設けることが出来る
が、多くなると発光面積が制限されるために輝度が低下
する。したがって、1つのLEDチップとしては発光面
側に2〜6カ所が好ましい。
【0034】しかしながら、本願発明においては中央側
のLEDチップは、バンドギャプが小さいために発熱量
が少なく電気的接続部材を1つ設ける構成でも十分とな
る。電気的接続部材が1つであると両側のLEDチップ
が2本以上であっても配線の自由度を大きくできると共
に製造工程を簡略化できる。
【0035】(電気的接続部)本願発明において用いら
れる電気的接続部109とは、各LEDチップに電力を
供給するために設けられたLEDチップ上の電気的接点
であって、少なくともLEDチップから放出された発光
波長の一部を吸収する物をいい、接続部においてLED
からの発光を20%以上遮光する物を言う。具体的に
は、ワイヤーボンデイングの際に生じるボール、LED
からの発光が吸収されるLED上の電極や電気的接続を
させるための導電性樹脂等があげられる。電気的接続部
材を2以上設ける場合発光効率を向上させるには発光面
中心からずれていることが好ましい。
【0036】なお、本願発明でいうLEDチップの発光
面中心とは、発光面の重心をいう。また、発光面中心か
らずれるとは、少なくとも電気的接続部が発光面中心に
かかっていないことを言う。
【0037】(電極)本願発明に用いられるLEDチッ
プの電極としては、種々の方法によって形成される。導
電性基板結晶上にGaP、GaAlAs等の半導体を形
成させたLEDの場合、基板結晶を除去するためアルミ
ナや炭化珪素の細粒によるラッピング、表面の平滑性を
向上させるためのポリシング及び洗浄の工程をへた後、
金や白金等を含有する材料を蒸着材料やスパッタ材料と
して用いそれぞれ所望の場所に蒸着方法やスパッタリン
グ方法などによって電極を形成させる。また、形成され
た半導体側に蒸着方法やスパッタ方法を利用して金、白
金等の金属を一部分堆積させ電極として利用することも
できる。なお、堆積させた金属と半導体とを溶着合金さ
せるために不活性ガス中において300〜400℃で数
秒から数分間熱処理することが好ましい。
【0038】発光素子の電極を介して発光させる場合
は、金属薄膜等で形成させた透光性(なお、ここで透光
性とは発光素子の発光する光の波長に対して電極を通過
すれば良い。)の電極とする必要がある。また、p型
電性を有する半導体と接続させる電極(以下、p型電極
と呼ぶ。)としてはp型導電性を有する半導体層とオー
ミック接触させる必要がある。
【0039】窒化ガリウム系半導体の場合、これらの条
件を満たす材料として、例えばAu、Ni、Pt、A
l、Cr、Mo、W、In、Ga、Ti、Ag、Rh等
の金属及びそれらの合金が挙げられる。また、透光性を
有する電極材料としてITO、SnO 2 NiO 2 等の金
属酸化物もあげられる。さらには、これらの上に前記金
属薄膜を積層することも可能である。金属等を透光性と
するためには蒸着方法、スパッタ方法等を用いて極めて
薄く形成させれば良い。また、金属を蒸着あるいはスパ
ッタ方法等によって形成させた後、アニーリングして金
をp型導電性を有する半導体層中に拡散させると共に
外部に飛散させて所望の膜厚(透光性となる電極の膜
厚)に調整させた電極を形成させることもできる。透光
性となる金属電極の膜厚は、所望する発光波長や金属の
種類によっても異なるが、好ましくは、0.001〜
0.1μmであり、より好ましくは、0.05〜0.2
μmである。更に、電極を透光性とした場合、p型電極
の形状としては、線状、平面状等目的に応じて形成させ
ることができる。p型導電性を有する半導体層全体に形
成された平面状電極は、電流を全面に広げ全面発光とす
ることができる。
【0040】さらにまた、p型電極を極めて薄く形成さ
せた場合、電極上に直接ワイヤーボンデイングすると、
ボールがp型電極と合金化せず接続しにくくなる傾向が
あるため密着性向上のためにp型電極とは別にボンデイ
ング用の台座電極を形成させたり、p型電極を多層構成
とすることが好ましい。台座電極の材質としては、A
u、Pt、Al等を使用することができる。台座電極の
膜厚としてはミクロンオーダーとすることが好ましい。
、p型電極の少なくとも一部を多層構成とする場合、
窒化ガリウムと接触させる接触電極にはCr、Mo、
W、Ni、Al、In、Ga、Ti、Agから選択され
る金属あるいは、これらの合金が好適に用いられボンデ
イングワイヤーと接触するボンデイング電極としてはA
l、Au等の金属あるいはこれらの合金が好適に用いら
れる。なお、半導体素子通電時、p型電極中にボンデイ
ング用電極材料がマイグレーションする場合があるため
ボンデイング用電極Au単体あるいはAl及び/Cr含
有量が少ないAu合金とすることが特に好ましい。
【0041】サファイヤ基板を用いた窒化ガリウム系半
導体の場合、n型導電性を有する半導体と電気的に接続
される電極(以下、n型電極と呼ぶ。)としてはCrま
たはNiまたは、Alの単体、合金としてはAu、P
t、Mo、Ti、In、Ga、Al、Wより選択された
一種の金属と、Crとの合金、またはNiとの合金、C
r−Ni合金または、Ag、Al、Ti、Wやその合金
を使用することができる。又、それらの多層膜とするこ
ともできる。n型電極としては、特にCr単独、Cr−
Ni合金、Cr−Au合金、Ni−Au合金、Ti−A
lまたはTi−Ag合金が好ましい。合金のCr、N
i、Ti、Ag含有量は、合金材料や半導体材料によっ
種々選択されるが多いほど好ましい。上記電極材料を
窒化ガリウム系化合物半導体に形成させるには予め合金
化させておいた金属、または金属単体を蒸着材料あるい
はスパッタ材料とすることによって電極を形成させるこ
とができる。
【0042】なお、窒化ガリウム半導体の場合は、電極
材料と半導体材料をなじませオーミック特性を向上させ
るために400℃以上でアニールすることが好ましい。
また、窒化ガリウム半導体の分解を抑制する目的から1
100℃以下でアニールすることが好ましい。さらに、
アニーリングを窒素雰囲気中で行うことにより、窒化ガ
リュウム系化合物半導体中の窒素が分解して出て行くの
を抑制することができ、結晶性を保つことが出来る
【0043】(共通基板104)共通基板としては、各
LEDチップを配置するために用いられるものであれば
よく、半導体基板やステム等種々の物が利用できる。ス
テムを共通基板104として利用する場合は各LEDチ
ップをダイボンド等の機器で積置するのに十分な大きさ
があれば良く絶縁体を介してリードフレームと接続させ
てもよい。ステム104を各LEDの共通電極として利
用する場合においては十分な電気伝導性とボンデイング
ワイヤー等との接続性が求められる。
【0044】各LEDチップとステムとの接続は熱硬化
性樹脂などによって行うことが出来る。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チップとステムとを接着させると共に
電気的に接続させるためにはAgペースト、カーボンペ
ースト、金属バンプ等を用いることができる。さらに、
各LEDの発光効率を向上させるためにステム表面に反
射機能を持たせても良い。具体的な電気抵抗としては3
00μΩ−cm以下が好ましく、より好ましくは、3μ
Ω−cm以下である。また、ステム上に複数のLEDチ
ップを積置する場合は、LED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、
0.01cal/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。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。
【0045】(リードフレーム105、106、10
7)リードフレームとしては、ボンデイングワイヤー等
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、300μΩ−cm以下が好ましく、より
好ましくは3μΩ−cm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。
【0046】(モールド209)モールド209は、各
LEDチップ及び電気的接続部材等を外部から保護する
ために設けることが好ましく一般には樹脂を用いて形成
させることができる。また、樹脂モールドに拡散剤を含
有させることによってLEDからの指向性を緩和させ視
野角を増やすことができる。更に、樹脂モールドを所望
の形状にすることによってLEDからの発光を集束させ
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、樹脂モールド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物である。さらに樹脂モールド自体
に着色させ所望外の波長をカットするフィルターの役目
をもたすこともできる。上記樹脂モールドの材料として
は、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などの耐候性に優れた透
明樹脂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、酸化アルミニュウム、酸
化珪素等が好適に用いられる。
【0047】(表示装置301)表示装置301として
は、本願発明の多色発光素子を複数個配置した表示パネ
ル302と駆動回路303である点灯回路など電気的に
接続されたものが用いられる。具体的には、多色発光素
子を任意形状に配置し標識などに利用できるが、本願発
明における表示装置としては、マトリクッス状に配置し
駆動回路からの出力パルスによってデイスプレイ等に使
用できる物を言う。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、A
ccess、Memory)と、該RAMに記憶される
データからLED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、LED304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LED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、LED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LEDが点灯され、オフになると消灯される。
【0048】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は
ないことは言うまでもない。
【0049】
【実施例】[実施例1]多色発光素子に用いられる各L
EDチップ、緑色、青色及び赤色の発光層の半導体とし
てそれぞれGaP(発光波長555nm)、SiC(発
光波長470nm)、GaAlAs(発光波長660n
m)を使用して構成させた。
【0050】具体的には、赤色を発光するLEDチップ
は温度差液相成長法で連続的にp型ガリウム・砒素基板
にp型GaAlAsを成長し、その上にn型GaAl
Asを成長し、発光領域であるp型GaAlAsを形成
させる。青色を発光するLEDチップは、n型基板上に
液相エピタキシャル結晶成長法を用いてSiCを発光領
域にしたpn接合半導体を形成させる。緑色を発光する
LEDチップは、液相成長法によりn型ガリウム・リン
基板結晶上にn型びp型エピタキシャル成長法で連続
して成長する同種接合によりpn接合を形成する。
【0051】各LEDチップとなる半導体は、それぞれ
発光観測面側に発光中心をずらして電気的接続が形成で
きるようp型半導体あるいはn型半導体を部分的にドラ
イエッチングしてある。この後、金を各半導体に真空蒸
着させて電極を形成させた。こうしてできた各半導体ウ
エハーをLEDチップとして使用するためにスクライバ
ーによってスクライブラインを引いた後、外力によって
350μm角の大きさに切断した。
【0052】このLEDチップを表面反射性が良い銅製
ステム上にダイボンデング機器を用いて熱硬化性エポキ
シ樹脂によって図1の如く配置した。図1は、発光波長
の長い赤色(660nm)を発光するLEDチップがそ
れよりも発光波長が短い青色(480nm)、緑色(5
55nm)のLEDチップにはさまれて中心となるよう
に固定されている。次にワイヤーボンデイング機器を用
いて直径0.03mmのAu線をLEDの各電極、ステ
ム及びリードフレームにワイヤーボンデイングした。こ
れを無着色のエポキシ樹脂が充填されたカップ中に入れ
120℃、5時間で硬化させた。こうして多色発光素子
が封入されたLEDを500個形成した。
【0053】次に、このLEDを基板上に7×7個のマ
トリックス状に配置しそれぞれ駆動回路と電気的に接続
させ図3に示した表示装置を10個形成した。TOPU
KON社製BMー7によってLEDがx・y色度図(K
ell Chart)上で白色(x=0.31、y=
0.31)となる各LEDチップの光度(a)及び10
00時間の連続点灯後の光度(b)をそれぞれ測定し光
度保持率((a/b)×100)として表した。測定結
果は、それぞれLEDの10個平均を実施例及び比較例
で比較し表1に示した。
【0054】[比較例1]各LEDチップの電気的接続
部材を発光観測面側の発光中心に1つ設けた以外は実施
例1と同様にして多色発光素子及び表示装置を形成させ
た。このLED及び表示装置を実施例1と同様にして測
定した。
【0055】[比較例2]発光波長の最も短い青色を発
光する半導体を中心にし両端に赤色及び緑色を発光する
半導体を配置した以外は実施例1と同様にして多色発光
素子及び表示装置を形成させた。このLED及び表示装
置を実施例1と同様にして測定した。
【0056】[実施例2]中央のLEDチップの電気的
接続部材を発光観測面側の発光中心に1つ設けた以外は
実施例1と同様にして多色発光素子及び表示装置を形成
させた。このLED及び表示装置を実施例1と同様にし
て測定した。
【0057】[実施例3]多色発光素子に用いられる各
LEDチップ、緑色、青色及び赤色の発光層の半導体と
してそれぞれInGaN(発光波長525nm)、In
GaN(発光波長470nm)、GaAlAs(発光波
長660nm)を使用して構成させた。
【0058】具体的には、赤色を発光するLEDチップ
用の半導体ウエハーは、温度差液晶成長法で連続的にp
ガリウム・砒素基板上にp型GaAlAsを成長し、
その上にn型GaAlAsを成長し、発光領域であるp
GaAlAsを形成させる。青色及び緑色を発光する
半導体ウエハーは、厚さ400μmのサファイヤ基板上
にn型びp型窒化ガリウム化合物半導体をMOCVD
成長法でそれぞれ5μm、1μm堆積させヘテロ構造
pn接合を形成した2インチ径のものである。なお、p
窒化ガリウム半導体は、p型ドーパントであるMgを
ドープした後アニールした形成させる。
【0059】緑色及び青色のLEDチップは、発光観測
面側に発光中心をずらして電気的接続が形成できるよ
p型半導体あるいはn型半導体を部分的にドライエッチ
ングする。次に、n型電極としてTi−Al合金を各半
導体にスパッタリングし、p型電極としてAuを各半導
体にスパッタリングして電極を形成させた。その後、各
半導体ウエハーをLEDチップとして使用するためにス
クライバーによってスクライブラインを引いた後、外力
によって350μm角の大きさに切断した。
【0060】一方、赤色LEDチップは発光観測側電極
として発光中心に直径0.15mmの円状の白金金属膜
を電極層として真空蒸着によって形成させた。また、非
発光観測側であるp型GaAlAs基板上に金を電極層
として真空蒸着によって形成させた。このLEDチップ
を銅製のステム上に図1と同様に発光波長の長い赤色を
発光するLEDチップが中心となるように接着剤を用い
て固定させた。なお、緑色LEDチップ及び青色LED
チップは、実施例1と同様にして接着させたが赤色LE
Dチップに関しては接着剤としてAgペーストを用いて
固定させると共に共通基板であるステムと電気的にも接
続させてある。
【0061】次に、ワイヤーホンデング機器を用いて直
径0.03mmのAu線をLEDチップの各電極、ステ
ム及びリードフレームにワイヤーボンデイングした。な
お、赤色LEDチップに関しては、電流を均等に流し発
光を均一にするために中央に電気的接続部材を形成し
た。これを無着色のエポキシ樹脂が充填されたカップ中
に入れ120℃5時間で硬化させた。こうして多色発光
素子が封入されたLEDを500個形成した。
【0062】次に、このLEDを基板上に7×7個のマ
トリックス状に配置しそれぞれ駆動回路と電気的に接続
させ表示装置を形成した。このLED及び表示装置を実
施例1と同様にして測定した。
【0063】表1の結果から本願発明の多色発光素子が
比較のために示した多色発光素子より明らかに光度保持
率が優れていることが分かった。また、光度保持率が優
れていることにより結果的にLEDとして消費電力も少
く寿命も延びる。また、本願発明の表示装置はいずれも
各比較例の表示装置よりも平均的に上下左右方向におけ
る混色性が優れていた。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明の多色発
光素子及びそれを用いた表示装置は、長時間使用時にお
ける輝度低下を抑制するとともに混色性を向上させるこ
とが出来る。更に、表示装置として用いた場合は、見る
角度における混色性が崩れることを低減させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の多色発光素子のLED概略断面図
である。
【図2】 本願発明の多色発光素子を利用したLEDの
概略模式図である。
【図3】 本願発明の多色発光を利用した表示装置の概
略模式図である。
【図4】 本願発明と比較のために示した多色発光素子
を利用したLED概略断面図である。
【図5】 本願発明と比較のために示した多色発光素子
を利用したLEDの概略模式図である。
【符号の説明】
101 緑色LEDチップ 102 赤色LEDチップ 103 青色LEDチップ 104 共通基板であるステム 105、106、107 リードフレーム 108 電気的接続部材 109 電気的接続部 209 モールド 301 表示装置 302 表示パネル 303 駆動回路 304 LED 404、405、406足ピン 407 ステム 401 赤色LEDチップ 402 緑色LEDチップ 403 青色LEDチップ 501 光分散部材 502 エポキシ樹脂などからなる透明部材 503 樹脂モールド
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−177425(JP,A) 特開 平7−288341(JP,A) 特開 平6−338632(JP,A) 特開 平5−37026(JP,A) 実開 平6−79165(JP,U)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共通電極上に波長の異なるLEDチップ
    が一直線的に配置され前記共通電極が樹脂モールドによ
    り封入されてなる多色発光素子において、少なくとも第
    1の発光波長を有する第1のLEDチップが前記第1の
    発光波長より短い発光波長を発光する第2のLEDチッ
    プ及び第1の発光波長より短い発光波長を発光する第3
    のLEDチップの間に配置され、前記第1のLEDチッ
    プは発光観測面側の中心にボンデイングワイヤーが1つ
    接続されると共に第2のLEDチップ及び第3のLED
    チップはそれぞれ少なくとも2以上のボンデイングワイ
    ヤーが発光観測面側の発光中心からずれて接続されてい
    ることを特徴とする多色発光素子。
  2. 【請求項2】 前記第1のLEDチップは赤色を発光
    し、前記第2のLEDチップは緑色を発光すると共に、
    前記第3のLEDチップは青色を発光する請求項1に記
    載の多色発光素子。
  3. 【請求項3】 前記第1のLEDチップは黄色を発光
    し、前記第2のLEDチップ及び第3のLEDチップ
    は、青緑色を発光する請求項1に記載の多色発光素子。
  4. 【請求項4】 前記ボンデイングワイヤーは、アルミニ
    ウム線あるいは金線である請求項1に記載の多色発光素
    子。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の多色発光素子をマトリ
    クス状に配置し該多色発光素子内の各LEDチップ配置
    方向とマトリクスの上下方向が略平行である表示パネル
    と、該表示パネルと電気的に接続された駆動回路とを有
    する表示装置。
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