JP3609709B2 - 発光ダイオード - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子チップ本来の発光色をパステル調のやわらかな中間色の発光に変換する発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中間色の発光を得るためには、発色の異なる２種以上の発光素子チップを同時に発光させ、それを多色混合することで実現させていた。この種の発光ダイオードとしては、例えば図６に示したように、２色の発光素子チップ３，４で構成された表面実装型の発光ダイオード１が知られている。これは、台座となる部分にはガラスエポキシ基板２が使用され、この上に発光色の異なる２つの発光素子チップ３，４を載置し、その上方を樹脂封止体５によって被覆したものである。前記ガラスエポキシ基板２の上面には上記２つの発光素子チップ３，４を固定するためのカソード電極６ａ，６ｂと、各発光素子チップ３，４をボンディングワイヤ７によって接続するアノード電極８ａ，８ｂが設けられている。
【０００３】
上記の発光ダイオード１において、２つの発光素子チップ３，４を青色と赤色で構成した場合、両者を同時に発光させることで混合色である紫色の発光が得られる。
【０００４】
また、図７に示したように、３色の発光素子チップを搭載して多色混合の発光色を得るようにした発光ダイオード１０も知られている。これは台座１１の上面に赤色、青色、緑色に発光する３種類の発光素子チップ１２，１３，１４を載置すると共に、この発光素子チップ１２，１３，１４と各電極端子１５，１６，１７とを接続し、これら発光素子チップ１２，１３，１４の上方を砲弾形の樹脂封止体１８によって被覆した構造のものである。このような構造の発光ダイオード１０にあっては、組み合わせによってほとんどの色発光を得ることができる（電子ディスプレイ ２１３頁 図６・２０ 松本正一編著 株式会社オーム社 平成７年７月７日発行）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の発光ダイオード１，１０のいずれにおいても、中間色調の発光を得るために、発色の異なる２種以上の発光素子チップを備えなければならない。このため、発光ダイオードのパッケージが大きくなると共に、搭載した発光素子チップを個別に制御する制御回路も必要になり、制御方法が複雑になるといった問題があった。また、組み合わせる発光素子チップの種類によっては、輝度のバランスをうまくとれない場合がある。例えば、組み合わせる発光素子チップの中に輝度の低いものがあれば、この低い方の発光素子チップに合わせて調整をしなければならないため、輝度の高い発光素子チップの性能が生かし切れないといった問題もある。
【０００６】
また、上記の発光ダイオード１，１０にあっては、同時に複数の発光素子チップを発光させなければならないために、電流消費量が大きくなってしまうといった問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、単一の発光素子チップで多様な中間色調の発光を可能とし、小型かつ安価であると共に、電流消費量の少ない発光ダイオードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、電極が形成された基板の上面に青色発光する発光素子チップを接着剤によって固定し、この発光素子チップの上面側を樹脂材で封止してなる発光ダイオードにおいて、前記樹脂材の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の波長を変換する蛍光粒子と、前記発光素子チップ及び前記蛍光粒子からの光を受けて該光の波長の一部を吸収する色素粒子とを分散させ、該色素粒子がフタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物およびキノフタロン系化合物の４種類の染料を組み合わせることによって青、緑、黄、橙、赤および紫の６色を予め作り、この６色をさらに組み合わせることで所望の色度を出すようにした粒子であることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記樹脂材に広波長域の発光を得るための蛍光粒子及び任意の波長域を吸収させるための色素粒子を含有させたことで、単一の発光素子チップの発光色のみでパステル調のやわらかな中間色調の発光色を得ることが可能となった。特に、フタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物およびキノフタロン系化合物の４種類の染料を組み合わせることによって青、緑、黄、橙、赤および紫の６色を予め作っておき、この６色をさらに組み合わせることで所望の色度の色素粒子を容易に得ることができるので、様々なパステル調の発光色であっても容易に得ることが可能となった。
【００１０】
請求項２の発明は、電極が形成された基板の上面に青色発光する発光素子チップを接着剤によって固定し、この発光素子チップの上面側を樹脂材で封止してなる発光ダイオードにおいて、前記接着剤及び樹脂材の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の波長を変換する蛍光粒子を分散させると共に、前記樹脂材の中に前記発光素子チップ及び前記蛍光粒子からの光を受けて該光の波長の一部を吸収する色素粒子とを分散させ、該色素粒子がフタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物およびキノフタロン系化合物の４種類の染料を組み合わせることによって青、緑、黄、橙、赤および紫の６色を予め作り、この６色をさらに組み合わせることで所望の色度を出すようにした粒子であることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、蛍光粒子が発光素子チップを固定する接着剤の中にも混入されているので、発光素子チップから下方向に発した青色光は接着剤内に含有された蛍光粒子を励起して、より明るい黄色光が得られる。また、色素粒子を透過し得られる中間色光も増加するため、より明るい中間色発光を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施の形態を詳細に説明する。図１乃至図３は、表面実装型の発光ダイオードに適用した場合の第１実施例を示したものである。この実施例に係る表面実装型の発光ダイオード３１は、矩形状の基板３２に一対の電極（カソード電極３３とアノード電極３４）をパターン形成し、この電極３３，３４の下面側をマザーボード３７上のプリント配線３８，３９に半田４０で固定することによって表面実装を実現するものである。
【００１６】
前記基板３２の上面略中央部には発光素子チップ４１が載置され、その下面側に塗布された接着剤５１によって基板３２に固定されている。この発光素子チップ４１は窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色発光素子であり、図３に示すように、サファイアガラスからなる素子基板４３の上面にｎ型半導体４４とｐ型半導体４５を拡散成長させた構造からなる。前記ｎ型半導体４４及びｐ型半導体４５はそれぞれｎ型電極４６，ｐ型電極４７を備えており、前記基板３２に設けられたカソード電極３３及びアノード電極３４にボンディングワイヤ４８，４９によって接続され、一定の電流を流すことで発光素子チップ４１が青色に発光する。
【００１７】
このような構成からなる発光素子チップ４１は、その上方から蛍光粒子５２及び色素粒子５３を分散させた樹脂材５５で覆われて基板３２面に封止保護される。樹脂材５５は、エポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂基材に、蛍光粒子５２の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（以下、略してＹＡＧという）と、色素粒子５３の原料となる染料をそれぞれ適量混入し、これらを均一に分散させたものである。このようにして構成された樹脂材５５は、前記カソード電極３３及びアノード電極３４のスルーホール部３５を残して基板３２の上面に直方体形状に形成される。
【００１８】
色素粒子５３として用いられる染料は、例えば、フタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物、キノフタロン系化合物の４種類であり、これら４種類をベースとして適量に混合し、青、緑、黄、橙、赤、紫の６色を予め作る。この場合、青色はフタロシアニン系化合物が用いられ、緑色はフタロシアニン系化合物とアントラキノン系化合物を混合して作られる。また、黄色はキノフタロン系化合物が用いられ、橙色と赤色はアントラキノン系化合物とアゾ系化合物を混合して作られる。さらに、紫色はアントラキノン系化合物が用いられるか、又はフタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物及びアゾ系化合物を適量混合して作られる。本実施形態ではこのようにして予め作られた６色をさらに混色させることで所望の色度を出すようにしている。なお、色素粒子５３としては、上記のような染料に限られることなく顔料を利用することも可能である。
【００１９】
従って、上記実施形態における発光ダイオード３１にあっては、発光素子チップ４１に電流が流れると、ｎ型半導体４４とｐ型半導体４５との境界面で青色発光し、この青色発光が上方、側方及び下方へ青色光５６として発光する。特に上方側へ発光した青色光５６は、樹脂材５５の中に分散されている蛍光粒子５２を励起することで、波長変換された広波長の黄色光５７が樹脂材５５の中を四方八方に発光する。また、同時に前記黄色光５７及び青色光５６が樹脂材５５に分散された色素粒子５３を透過する際、この黄色光５７及び青色光５６の波長の一部を色素粒子５３が吸収するため多様な中間色光５８が得られる。この中間色光５８は、樹脂材５５中に含有させる色素粒子５３の原料である染料の種類や混入量によってすべての中間色をカバーすることができる。また、発光素子チップ４１に流す電流値を制御することによって、中間色調の輝度を調整することもできる。
【００２０】
図４は、上記発光ダイオード３１を用いて種々の中間色光５８を得た時の色度測定の結果をＣＩＥ色度図で示したものである。これによれば、使用する色素粒子５３の種類によって発光色は異なってくるが、多くが白色の周りの中間色帯で発光しており、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤを結ぶ線上付近での原色に近い所での発光は少ないことが分かる。
【００２１】
図５は本発明に係る第２実施形態の発光ダイオードを示したものである。この実施形態では、上記基板３２と発光素子チップ４１とを接着固定する接着剤５１の中にも蛍光粒子５２を混入させて蛍光接着層６０を形成し、発光素子チップ４１の下方側での発光を有効に波長変換することで、より明るい中間色光を得るようにしたものである。なお、他の構成要素は上記図１〜図３に示した第１実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。この実施形態においては、蛍光粒子５２が接着剤５１に混入されているので、発光素子チップ４１から下方向に発した青色光５６は前記蛍光接着層６０内に含有された蛍光粒子５２を励起する一方、発光素子チップ４１の上方向に発した青色光５６が樹脂材５５に混入されている蛍光粒子５２を励起することで、より明るい黄色光５７が得られる。また、色素粒子５３を透過し得られる中間色光５８も増加するため、より明るい中間色発光を得ることができる。
【００２２】
次に、上記構成からなる発光ダイオード６１における発光の特徴を図５に基づいて説明する。発光素子チップ４１に電流が流れると、ｎ型半導体４４とｐ型半導体４５との境界面で青色発光し、この青色発光が上方、側方及び下方へ青色光５６として発光する。特に下方側へ発光した青色光５６は蛍光接着層６０の中に分散されている蛍光粒子５２を励起し、それによって波長変換を受けて四方八方に黄色光５７として発光する。そして、この黄色光５７および青色光５６が、樹脂材５５に分散されている色素粒子５３によって吸収され、所望の中間色光５８が得られる。この中間色光５８は、上記第１実施例と同様に、樹脂材５５中に含有させる色素粒子５３の原料である染料の種類や量によって所望の色度を得ることができる。また、発光素子チップ４１に流す電流値を制御することによって、発光の輝度を調整することもできる。
【００２３】
なお、上記いずれの実施例も、図２に示したように、マザーボード３７上のプリント配線３８，３９に直接表面実装されるチップ型の発光ダイオードについて説明したものであるが、この発明の発光ダイオードは、リードフレーム型のものにも適用することができる。即ち、発光素子チップが載置される台座の上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色の発光素子チップを固着した後、砲弾形の樹脂封止体の中に蛍光粒子５２や色素粒子５３を適量分散させることで中間色光の発光を得ることができる。
【００２４】
また、上記いずれの実施例も発光素子チップと電極をボンディングワイヤによって接続した場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば半田バンプを用いたフリップチップ実装などの接続方法も含まれるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発光ダイオードによれば、発光素子チップを封止する樹脂材に蛍光粒子や色素粒子を適量分散して形成しているため、これらの蛍光粒子や色素粒子の配分量を調整することで、吸収波長域および吸収量を変化させることができ、多様な中間色調の発光色を出すことができる。このため、単一の発光素子チップで中間色発光することのできる発光ダイオードの製造が容易になった。特に、フタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物およびキノフタロン系化合物の４種類の染料を組み合わせることによって青、緑、黄、橙、赤および紫の６色を予め作っておき、この６色をさらに組み合わせることで所望の色度の色素粒子を容易に得ることができるので、様々なパステル調の発光色であっても容易に得ることが可能となった。
【００２６】
また、従来のように発光色の異なった２種以上の発光素子チップを組み込む必要がないため、発光ダイオードの小型化が可能となる。
【００２７】
また、発光ダイオードの発光色が樹脂材に混入させる蛍光粒子や色素粒子によって決まるため、発光素子チップに流す電流値を制御するといった操作も不要で、多様な中間色調の発光が得られる。
【００２８】
また、本発明に係る発光ダイオードは、表面実装タイプのチップ型発光ダイオードとして最適であり、量産性にも優れた構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの第１実施例を示す斜視図である。
【図２】上記発光ダイオードをマザーボードに実装した時の上記図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】上記発光ダイオードにおいて、発光素子チップの波長変換の原理を示す図である。
【図４】本発明の発光ダイオードを用いて種々の中間色光を得た時の色度測定結果を示すＣＩＥ色度図である。
【図５】本発明に係る発光ダイオードの第２実施例を示す図である。
【図６】従来における表面実装型の多色発光ダイオードの一例を示す斜視図である。
【図７】従来におけるリードフレーム型の多色発光ダイオードの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３１ 発光ダイオード
３２ 基板
４１ 発光素子チップ
５２ 蛍光粒子
５３ 色素粒子
５５ 樹脂材

Claims (2)

  1. 電極が形成された基板の上面に青色発光する発光素子チップを接着剤によって固定し、この発光素子チップの上面側を樹脂材で封止してなる発光ダイオードにおいて、
    前記樹脂材の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の波長を変換する蛍光粒子と、前記発光素子チップ及び前記蛍光粒子からの光を受けて該光の波長の一部を吸収する色素粒子とを分散させ、
    該色素粒子がフタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物およびキノフタロン系化合物の４種類の染料を組み合わせることによって青、緑、黄、橙、赤および紫の６色を予め作り、この６色をさらに組み合わせることで所望の色度を出すようにした粒子であることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 電極が形成された基板の上面に青色発光する発光素子チップを接着剤によって固定し、この発光素子チップの上面側を樹脂材で封止してなる発光ダイオードにおいて、
    前記接着剤及び樹脂材の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の波長を変換する蛍光粒子を分散させると共に、前記樹脂材の中に前記発光素子チップ及び前記蛍光粒子からの光を受けて該光の波長の一部を吸収する色素粒子とを分散させ、
    該色素粒子がフタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物およびキノフタロン系化合物の４種類の染料を組み合わせることによって青、緑、黄、橙、赤および紫の６色を予め作り、この６色をさらに組み合わせることで所望の色度を出すようにした粒子であることを特徴とする発光ダイオード。
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