JP3729001B2 - Light emitting device, bullet-type light emitting diode, chip type LED - Google Patents

Light emitting device, bullet-type light emitting diode, chip type LED Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、バックライト光源、光センサ−や光プリンターなどの読みとり／書き込み光源、各種デ−タなどが表示可能な表示装置に用いられる発光ダイオードに係わり、特に蛍光物質と、発光素子と、を有し高輝度且つ均一に発光可能な発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ＲＧＢ（赤色系、緑色系、青色系）において、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に発光可能な発光素子（以下ＬＥＤチップとも言う。）がそれぞれ開発された。これに伴い、赤色系（Ｒ）、緑色系（Ｇ）、青色系（Ｂ）が発光可能な各ＬＥＤチップを用い混色発光させることでフルカラーＬＥＤ表示器が設置されつつある。このようなＬＥＤ表示器例としてフルカラ−大型映像装置などの他に、単一色表示を用いた文字表示板等がある。単一色表示として白色系は赤色系などの注意を引きつける色とは異なり、そのため長時間視認しても疲れにくい。このことから特に白色系などの単一色ＬＥＤ表示器が要望されている。
【０００３】
一方、ＬＥＤチップは優れた単色性のピーク波長を有する。そのため白色系などを表示させる場合には、ＲＧＢやＢ（青色系）Ｙ（黄色系）の混色など２種類以上のＬＥＤチップからの発光を混色させる必要がある。しかし、行き先表示板等に用いられるＬＥＤ表示器などにおいては必ずしも２種類以上のＬＥＤチップを用いて白色系など表示させる必要性はない。
【０００４】
そこで本願出願人は、ＬＥＤチップと蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色変換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとして特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発した。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤチップを用いて白色系など種々の発光色を発光させることができる。
【０００５】
具体的には、発光層のエネルギー・バンドギャップが大きい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チップを被覆するモールド部材中などに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て形成させてある。
【０００６】
この場合、青色系の発光ダイオードと、その発光を吸収し黄色系を発光する蛍光物質などを選択することにより、これらの発光の混色を利用して白色系を発光させることができる。このような発光ダイオードは、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して利用することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードに用いられるマウント・リード上の反射カップ内などに単にＬＥＤチップ及び蛍光物質を実装させると、発光観測面において色むらを生じる場合がある。より詳しくは、発光観測面側から見てＬＥＤチップが配置された中心部が青色ぽっく、その周辺にリング状に黄、緑や赤色っぽい部分が見られる場合がある。人間の色調感覚は、白色において特に敏感である。そのため、僅かな色調差でも赤っぽい白、緑色っぽい白、黄色っぽい白などと感じる。
【０００８】
このような発光観測面を直視することによって生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでなく、ＬＥＤ表示器に応用した場合における表示面の色調むらや、光センサーなどの精密機器における誤差を生ずることにもなる。さらに、このような発光装置は、時間と共に発光輝度が低下する傾向にあるという問題を有する。本願発明は、上記問題点を解決し発光観測面における色調むらが極めて少なく高輝度に白色系などが発光可能な発光ダイオード及びその形成方法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、窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とした青色系が発光可能であり、凹状開口部内に配置されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップ上に前記凹状開口部を埋めるように設けられたコーティング部とを有する発光装置であって、前記コーティング部は、透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置されると共に前記ＬＥＤチップから放出された可視光で励起されて波長変換した可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部とからなり、前記第１のコーティング部の前記第２のコーティング部側の表面が凹球面状となっており、前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する発光装置である。
【００１０】
本発明の発光ダイオードは、ＬＥＤチップから放出された可視光と、蛍光物質からの波長変換された可視光との混色表示により白色表示させるものであることが好ましい。
【００１１】
また、第２のコーティング部上にモールド部材が設けられていることが好ましい。
【００１２】
本件発明では、蛍光物質が含有されたコーティング部を通過するＬＥＤチップからの光の光路長差を実質的に低減させることによって、色むらが低減するように第２のコーティング部を介して第１のコーティング部とＬＥＤチップを配置している。
【００１３】
本発明の発光ダイオードは、ＬＥＤチップがサファイア基板上に形成されたＩｎＧａＮの発光層を有するものであることが好ましい。
【００１４】
本発明の発光ダイオードは、蛍光物質が（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅである。但し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１であり、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃからなる群より選択される少なくとも一種の元素であることが好ましい。
【００１５】
本発明の発光ダイオードは、第１及び第２のコーティング部材が、透光性樹脂或いは硝子からなることが好ましい。
【００１７】
本発明の砲弾型発光ダイオードは、マウント・リードのカップ内に配置された発光層が窒化ガリウム系化合物半導体である青色系が発光可能なLEDチップと、該LEDチップ上に設けられた透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置され前記LEDチップから放出された可視光で励起されて波長変換された可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部と、前記第２のコーティング部を被覆するモールド部材とを有し、前記第１のコーティング部の前記第２のコーティング部側の表面が凹球面状となっており、前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示することを特徴とする。
【００１９】
本発明のチップタイプＬＥＤは、凹状開口部内に配置させたＬＥＤチップと、前記凹部内のＬＥＤチップを被覆する透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に前記ＬＥＤチップからの可視光を吸収して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する透光性の第２のコーティング部とを有し、前記第１のコーティング部の前記第２のコーティング部側の表面が凹球面状となっており、前記 LED チップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光の混色を表示することを特徴とする。
【００２０】
【作用】
本願発明は、ＬＥＤチップ近傍の第１のコーティング部と、第１のコーティング部上に蛍光物質を有する第２のコーティング部とすることによってＬＥＤチップから放出される光の光路長差を実質的に低減させることによって発光装置の色調むらを低減させると共に蛍光物質が設けられたことによる光の閉じこめを緩和させることができる。そのため、長時間の使用においても発光輝度の低下が少ない均一光が発光可能な発光ダイオードなどとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、種々の実験の結果、発光素子と蛍光物質とを特定の配置関係とすることによって、発光観測面における色調むらや輝度低下を改善できることを見出し本願発明を成すに至った。
【００２２】
本願発明の構成によって、色調むらや輝度低下の改善が図れることは定かではないが以下の如く考えられる。即ち、発光素子から放出された光は、図５（Ａ）に示すように（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の如く様々な角度に放出される。このような光は、蛍光物質が含有されたコーティング部を通過する光路長がそれぞれ異なる。特に、ＬＥＤチップから放出される光の角度が浅い光ほど光路長が長くなる傾向にある。このため、光路長差によって蛍光物質に変換される光量が異なり、色調むらが生ずることとなる。特に（ｄ）、（ｅ）の領域では光路長が長いためＬＥＤチップからの光が蛍光物質によって波長変換される光が多くなり、発光観測面側から見て色調むらが生じやすいと考えられる。また、ＬＥＤチップから放出される光は、半導体内を導波管の如く伝搬し放出される光（ｆ）ある。このような光もＬＥＤチップ周辺の色調むら原因になると考えられる。
【００２３】
また、ＬＥＤチップ上に蛍光物質を有するコ−ティング部を直接配置させると、蛍光物質によってＬＥＤチップからの光が反射・散乱される割合が増える。特に、ＬＥＤチップ近傍では、ＬＥＤチップからの可視光が蛍光体物質によって反射散乱などされる回数が極端に増加し光の密度が高くなる。この結果、コ−ティング部の母材である有機樹脂などが劣化しやすく、最終的には輝度が低下する傾向にあると考えられる。
【００２４】
本願発明は、図５（Ｂ）の如く、ＬＥＤチップ上に第１のコーティング部、第２のコーティング部の積層構造とすることにより光路長差を少なくすると共にＬＥＤチップ近傍の光の散乱を少なく輝度の低下を抑制しうるものである。
【００２５】
具体的な発光装置の一例として、チップタイプＬＥＤを図２に示す。チップタイプＬＥＤとして外部電極を有し凹部が形成されたパッケージを用いた。凹部内に窒化ガリウム系化合物半導体を発光層としたＬＥＤチップがエポキシ樹脂によってダイボンディングされている。ＬＥＤチップの各電極と外部電極とは、それぞれ金線を用いてワイヤーボンディングされている。凹部のＬＥＤチップ上に第１のコーティング部としてエポキシ樹脂を塗布し乾燥させた。次に第２のコーティング部として、シリコーン樹脂の基材中に（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光物質を含有させたものを第１のコーティング部上に形成させた。
【００２６】
第１のコーティングと第２のコーティング部は、積層構成となっている。また、図２の如く第１のコーティング部の断面端部が上がっている。そのため第１のコーティング部の表面が、発光観測面側から見て窪んだ凹球面状をとる。第１のコーティング部が凹球面状をとることにより第２のコーティング部中の蛍光物質をより中心付近に集めることが可能となる。このような形状は、第１のコーティング部であるエポキシ樹脂の粘度及び硬化温度・時間を制御して作成することができる。これにより実質的な光路長差を少なくし、より色調むらや輝度低下の少ない発光装置とすることができる。以下、本願発明の構成部材について詳述する。
【００２７】
（コーティング部１０１、１０２、２０１、２０２、４０１、４０２）
本願発明のコーティング部とは、ＬＥＤチップを外部環境などから保護するものである。コーティング部は、ＬＥＤチップ上に設けられるものであり少なくとも一部にＬＥＤチップからの可視光によって励起され可視光を発光する蛍光物質を含む樹脂や硝子などである。いずれにしてもコーティング部は、ＬＥＤチップからの可視光の行路長差を低減させることによりＬＥＤチップと蛍光物質からの可視光を十分混色などさせられるものである。特に、本願発明のコーティング部は、蛍光物質が含有された単なる層形状としたものよりもＬＥＤチップから放出された光の光路長差がより少なくなるように設けられてある。また、効率よく外部に放出されるよう多層構成とさせてある。したがって、コーティング部の形状は、凸レンズ形状、種々の多層形状などが挙げられる。また、薄膜に形成されたコーティング部を接着させることによって形成させても良い。
【００２８】
第１のコーティング部１０１と、第２のコーティング部１０２の基材は、同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。異なる材料を用いる場合は、より外部に近い側に耐候性のある材料を用いることが好ましい。また、より内部にある材料ほど膨張の少ない材料を用いることが好ましい。このようなコーティング部を構成する具体的基材としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの透光性樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、第１のコーティング部及び第２のコーティング部の厚みは、それぞれ同じでも良いし、異なっていても良い。蛍光物質としては、ＬＥＤチップからの光などを考慮して有機、無機の染料や顔料等種々のものが挙げられる。
【００２９】
第１及び／又は第２のコーティング部には、拡散剤、着色剤や光安定剤を含有させても良い。着色剤を含有させることによってＬＥＤチップ及び／又は蛍光物質からの光を所望にカットするフィルター効果を持たせることができる。拡散剤を含有させることによって指向特性を所望に調節させることができる。光安定剤である紫外線吸収剤を含有させることによってコーティング部を構成する樹脂などの劣化を抑制することができる。具体的な拡散剤としては、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。光安定剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリシレート系、シアノアクリレート系、ヒンダードアミン系などが挙げられる。
【００３０】
また、コーティング部の主材料は、モールド部材と同じ材料を用いてもよいし、異なる部材としても良い。コーティング部を異なる部材で形成させた場合においては、ＬＥＤチップや導電性ワイヤーなどにかかる外部応力や熱応力をより緩和させることもできる。
【００３１】
（蛍光物質）
本願発明に用いられる蛍光物質としては、少なくとも半導体発光層から発光された可視光で励起されて可視光を発光する蛍光物質をいう。ＬＥＤチップから発光した可視光と、蛍光物質から発光する可視光が補色関係などにある場合やＬＥＤチップからの可視光とそれによって励起され発光する蛍光物質の可視光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合、ＬＥＤチップからの発光と、蛍光物質からの発光と、を混色表示させると白色系の発光色表示を行うことができる。そのため発光装置の外部には、ＬＥＤチップからの発光と蛍光物質からの発光とがコーティング部などを透過する必要がある。このような調整は、蛍光物質と樹脂などとの比率や塗布、充填量などを種々調整する。或いは、発光素子の発光波長を種々選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００３２】
さらに、第２のコーティング部内における蛍光物質の含有分布は、混色性や耐久性にも影響する。すなわち、第２のコーティング部の外部表面側からＬＥＤチップに向かって蛍光物質の分布濃度が高い場合は、外部環境からの水分などの影響をより受けにくく水分などによる劣化を抑制しやすい。
【００３３】
他方、蛍光物質の含有分布をＬＥＤチップからモールド部材表面側に向かって分布濃度が高くなると外部環境からの水分の影響を受けやすいがＬＥＤチップからの発熱、照射強度などの影響がより少なく蛍光物質の劣化を抑制することもできる。したがって、使用環境によって種々選択することができる。このような、蛍光物質の分布は、蛍光物質を含有する基材、形成温度、粘度や蛍光物質の形状、粒度分布などを調整させることによって種々形成させることができる。
【００３４】
半導体発光層によって励起される蛍光物質は、無機蛍光体、有機蛍光体、蛍光染料、蛍光顔料など種々のものが挙げられる。具体的な蛍光物質としては、ペリレン系誘導体やセリウム付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体である（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ，Ｌｕ，Ｓｃからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが挙げられる。特に、蛍光物質として（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合には、エネルギーバンドギャップの大きい窒化物系化合物半導体を発光層に用いたＬＥＤチップと接する或いは近接して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ-2以上１０Ｗ・ｃｍ-2以下においても高効率に十分な耐光性有する発光装置とすることができる。
【００３５】
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍ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、発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
【００３６】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ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したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムなどとを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等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００３７】
本願発明の発光装置において、蛍光物質は、２種類以上の蛍光物質を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。
【００３８】
（ＬＥＤチップ１０３、２０３、４０３）
本願発明に用いられるＬＥＤチップとは、蛍光物質を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体などが好適に挙げられる。このようなＬＥＤチップは、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させることができる。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。
【００３９】
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、ＳｉＣ、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低温で形成しその上に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。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型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。
【００４０】
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。エッチングなどによりｐ型半導体及びｎ型半導体の露出面を形成させた後、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。
【００４１】
次に、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（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。このようにして窒化ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップを形成させることができる。
【００４２】
本願発明の発光装置において白色系を発光させる場合、蛍光物質との補色等を考慮して発光素子の主発光波長は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、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、本願発明に主として用いられるＬＥＤチップの他、蛍光物質を励起させない或いは、励起されても蛍光物質から可視光などが実質的に発光されない光のみを発光するＬＥＤチップを一緒に配置させることもできる。この場合、白色系と、赤色や黄色などが発光可能な発光装置とすることもできる。
【００４３】
（マウント・リード１０４）
マウント・リード１０４は、ＬＥＤチップ１０３を配置させると共に蛍光物質を収容させるカップとを有することが好ましい。このようなカップを本願発明における開口部として機能させることもできる。ＬＥＤチップを複数設置しマウント・リードをＬＥＤチップ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ィングワイヤー等との接続性を有することが好ましい。
【００４４】
マウント・リードの具体的な電気抵抗としては３００μΩｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩｃｍ以下である。また、マウント・リード上に複数の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、０．０１ｃａｌ／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】
（インナー・リード１０５）
インナー・リード１０５としては、マウント・リード１０４上に配置されたＬＥＤチップ１０３と接続された導電性ワイヤーとの接続を図るものである。マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを設けた場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤーボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどによってマウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。
【００４６】
インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリード・フレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、或いは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
【００４７】
インナー・リードは、導電性ワイヤーであるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３００μΩｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩｃｍ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、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【００４８】
（電気的接続部材１０６）
電気的接続部材である導電性ワイヤー１０６などとしては、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の場合、好ましくは、直径Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤーとして具体的には、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が挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各ＬＥＤチップの電極と、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。
【００４９】
（モールド部材１０７）
モールド部材１０７は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電性ワイヤー１０６、蛍光物質が含有されたコーティング部１０２などを外部から保護するために好適に設けることができる。モールド部材１０７は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。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、モールド部材は複数積層した構造としてもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状や円形などそれらを複数組み合わせた物などが挙げられる。また、ＬＥＤチップからの光を集光させレンズ形状を採る場合においては、発光観測面側から見て発光面が拡大されるため光源の色調むらが特に顕著に現れる。従って、本願発明の色むら抑制の効果が特に大きくなるものである。
【００５０】
モールド部材の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透光性樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モールド部材に拡散剤を含有させることによって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。拡散剤の具体的材料としては、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。さらに、モールド部材とコーティング部とを異なる部材で形成させても良い。また、屈折率を考慮してモールド部材とコーティング部とを同じ部材を用いて形成させることもできる。
【００５１】
（基板４０４）
ＬＥＤチップ４０３が多数配置される高精細、高視野角及び小型薄型ＬＥＤ表示器用の基板４０３としては、ＬＥＤチップ４０３及び電気的接続部材などと蛍光物質を含有させる複数の凹状開口部を設けた導体配線層を有するものが好適に挙げられる。このような基板においては、複数のＬＥＤチップを直接同一基板上に高密度実装させるとＬＥＤチップからの放熱量が多くなる。ＬＥＤチップからの熱を十分放熱できず、また蛍光物質を樹脂中に均一に分散させなければコーティング部の部分的な亀裂や着色などの劣化を生じさせる場合もある。
【００５２】
したがって、凹状開口部を設けた導体配線層を有する基板としては、放熱性の優れ蛍光物質を含有させたコーティング部などとの密着性が良いことが望まれる。このような凹状開口部を有する配線基板材料としては、セラミックス基板、金属をベースにし絶縁層を介して導体配線層を有する金属基板、熱伝導性フィラー入り耐熱性有機樹脂基板が好適に挙げられる。これらの基板は、凹状開口部と配線部層とを一体的に形成することが可能である。セラミックス基板では孔開き基板の積層、金属基板ではプレス加工、有機樹脂基板では樹脂成型により凹状開口部と配線部が一体化したＬＥＤ表示器を簡易に形成させることができる。
【００５３】
特に、放熱性や耐候性の点においてアルミナを主としたセラミックス基板がより好ましい。具体的には、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板、や原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸硝子、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板等である。
【００５４】
このような基板は、焼成前のグリーンシート段階で種々の形状をとることができる。配線は、タングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたものを配線パターンとして、グリーンシート上などで所望の形状にスクリーン印刷などさせることによって構成させることができる。また、開口したグリーンシートを多層に張り合わせることなどによりＬＥＤチップや蛍光物質を含有させる開口部をも自由に形成させることができる。したがって、円筒状や孔径の異なるグリ−ンシ−トを積層することで階段状の開口部側壁などを形成することも可能である。このようなグリーンシートを焼結させることによってセラミックス基板が得られる。また、それぞれを焼結させた後、接着させて用いてもよい。
【００５５】
また、最表面のグリーンシートには、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3などをグリーンシート自体に含有させることによって形成された基板表面だけを暗色系にさせることができる。このような最表面を持った基板は、コントラストが向上しＬＥＤチップや蛍光物質の発光をより目立たせることにもなる。
【００５６】
開口部に向かって広がった側壁は、更なる反射率を向上させることができる。凹状開口部の側壁形状は、ＬＥＤチップからの発光の損失を避けるために光学的に反射に適した直線上のテ−パ−角ないしは曲面、又は階段状が挙げられる。また、凹状開口部の深さは第１のコーティング部となるスリラーや第２のコーティング部となる蛍光物質を分散したスラリーが流れ出るのを防止すると共に、ＬＥＤチップからの直射光を遮蔽しない範囲での角度により決められる。したがって、凹状開口部の深さは、０．３ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以内がより好ましい。
【００５７】
基板の凹状開口部は、ＬＥＤチップ、電気的接続部材や第１及び第２のコーティング部などを内部に配置させるものである。したがって、ＬＥＤチップをダイボンド機器などで直接積載などすると共にＬＥＤチップとの電気的接続をワイヤーボンディングなどで採れるだけの十分な大きさがあれば良い。凹状開口部は、所望に応じて複数設けることができ、１６ｘ１６や２４ｘ２４のドットマトリックスや直線状など種々選択させることができる。凹状開口部のドットピッチが４ｍｍ以下の高細密の場合には、砲弾型発光ダイオードランプを搭載する場合と比較して大幅にドットピッチが縮小したものとすることができる。また、このような基板を用いたＬＥＤ表示器は、ＬＥＤチップからの放熱性に関連する種々の問題を解決できる高密度ＬＥＤディスプレイ装置とすることができる。ＬＥＤチップと基板底部との接着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、フェースダウンＬＥＤチップなどにより基板に設けられた配線と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、ＩＴＯ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。
【００５８】
また、基板上に形成された配線には、導電率、ＬＥＤチップや蛍光物質が配される基板底部の反射率などを向上させるために銀、金、銅、白金、パラジウムやこれらの合金を蒸着やメッキ処理などを施して形成させることもできる。
【００５９】
（ＬＥＤ表示装置）
本願発明の発光ダイオードを用いたＬＥＤ表示器の一例を示す。本願発明においては、白色系発光装置のみを用い白黒用のＬＥＤ表示装置とすることもできる。白黒用のＬＥＤ表示器は、本願発明の発光装置である発光ダイオードをマトリックス状などに配置したものや所望に応じて配置された複数の凹部を有する基板上にＬＥＤチップ及びコーティング部を有する構成することができる。各ＬＥＤチップを駆動させる駆動回路とＬＥＤ表示器とは、電気的に接続される。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イ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）と、ＲＡＭに記憶されるデータからＬＥＤ表示器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、発光装置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装置の点灯時間を演算してパルス信号を出力する。
【００６０】
このような、白黒用のＬＥＤ表示器は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、ＲＧＢの発光装置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。また、消費電力を３分の１程度に低減させることができるため電池電源との接続の場合は、使用時間を延ばすことができる。さらに、従来の赤色、緑色のみを用いたＬＥＤ表示器に比べ人間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はないことは言うまでもない。
【００６１】
【実施例】
（実施例１）
主発光ピークが４６０ｎｍのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎ半導体を発光層としたＬＥＤチップを用いた。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（トリメチルインジュウム）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法で窒化ガリウム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型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とした。サファイア基板上には、バッファー層であるＧａＮを介して第１のコンタクト層であるｎ型導電性を有するＧａＮ、発光層であるＩｎＧａＮ、第１のクラッド層であるｐ型導電性を有するＡｌＧａＮ、第２のコンタクト層であるｐ型導電性を有するＧａＮをそれぞれ形成させてある。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。また、発光層の厚みは、量子効果が生ずる程度の３ｎｍとしてある。）
エッチングによりｐｎ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法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発光素子として３５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。
【００６２】
一方、銀メッキした銅製リードフレームを打ち抜きにより形成させた。形成されたリードフレームは、マウント・リードの先端にカップを有する。カップには、ＬＥＤチップをＡｇが含有されたエポキシ樹脂でダイボンディングした。ＬＥＤチップの各電極とマウント・リード及びインナー・リードと、を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。ＬＥＤチップ上にシリコーンゴムをＬＥＤチップが積置されたカップ上に注入した。注入後、１２５℃約１時間で硬化させ第１のコーティング部を形成させた。
【００６３】
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。
【００６４】
形成された（Ｙ0.4Ｇｄ0.6）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体４０重量部、エポキシ樹脂１００重量部をよく混合してスラリーとさせた。このスラリーをマウント・リードのカップ内である第１のコーティング部上に注入させた。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を１３０℃約１時間で硬化させた。こうして図５（Ｂ）の如く、第１のコーティング部上に厚さ約０．４ｍｍの蛍光物質が含有された第２のコーティング部が形成させた。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、砲弾型の型枠の中に蛍光物質のコーティング部が形成されたリードフレームを挿入し透光性エポシキ樹脂を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた。こうして図１の如き発光装置である発光ダイオードを形成させた。
【００６５】
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正面から色温度、演色性をそれぞれ測定した。色温度８０８０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．４を示した。さらに、測定点を０度から１８０度まで４５度づつ発光装置の中心上を通るように移動させ各地点における色度点を測定した。また、Ｉｆ＝６０ｍＡ、Ｔａ＝２５℃での寿命試験を行った。
【００６６】
（比較例１）
第１のコーティング部を形成させず、第２のコーティング部のみを用いてコーティング部を形成した以外は、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップが配置されたカップ内のみに蛍光物質として（Ｙ0.4Ｇｄ0.6）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体含有樹脂を注入し硬化させた。こうして形成された発光ダイオードの色度点及び寿命試験結果を実施例１と同様に測定した。測定結果を実施例１と共に図６及び図７に示す。図７においては、実施例１を基準にして表してある。
【００６７】
（実施例２）
ドットマトリクス状に凹状開口部を有する配線基板としてセラミックス基板を使用した。凹状開口部はセラミックス基板製造時に配線層のない孔開きグリ−ンシ−トを積層することで形成させた。１６×１６ドットマトリクスの凹状開口部のドットピッチを３．０ｍｍ、開口部径を２．０ｍｍΦ、開口部深さを０．８ｍｍとした。全長は４８ｍｍ角の基板とした。配線層は、タングステン含有バインダーを所望の形状にスクリーン印刷させることにより形成させた。各グリーンシートは、重ね合わせて形成させてある。なお、表面層にあたるグリーンシートには、基板のコントラスト向上のために酸化クロムを含有させてある。これを焼結させることによってセラミックス基板を構成させた。配線層はドットマトリクスに対応したコモン、信号線を敷設し表面はＮｉ／Ａｇメッキを施している。セラミックス基板からの信号線の取り出しは、金属コバ−ルによる接続ピンを銀ロウ接続により形成した。なお、階段状の開口部径は、下層は１．７ｍｍΦ、上層部開口部径は２．３ｍｍΦである。
【００６８】
一方、半導体発光素子であるＬＥＤチップとして、主発光ピークが４５０ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ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（トリメチルインジュウム）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法で窒化ガリウム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型導電性を有する窒化ガリウム半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しｐｎ接合を形成させた。（なお、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ｐｎ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法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発光素子としてＬＥＤチップを形成させた。この青色系が発光可能なＬＥＤチップをエポキシ樹脂で基板開口部内の所定の場所にダイボンディング後、熱硬化により固定させた。その後２５μｍの金線をＬＥＤチップの各電極と、基板上の配線とにワイヤ−ボンディングさせることにより電気的接続をとった。凹部内の下段には、第１のコーティング部としてシリコーン樹脂を注入させ１３０℃１時間で硬化させた。第１のコーティング部の厚みは略０．４ｍｍであった。
【００６９】
また、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、を混合させ混合原料を得る。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（Ｙ0.5Ｇｄ0.5）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光物質１０重量部、シリコーン樹脂９０重量部をよく混合してスラリーとさせた。このスラリーを第１のコーティング部上の上段である凹状開口部内にそれぞれ注入させた。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を１３０℃１時間で硬化させＬＥＤ表示器を形成させた。第２のコーティング部の厚みは０．４ｍｍであった。また、この時のＬＥＤ表示器の厚みはセラミックス基板の厚み２．０ｍｍしかなく、砲弾型ＬＥＤランプ使用のディスプレイ装置と比較して大幅な薄型化が可能であった。
【００７０】
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ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）及び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表示器近傍においても各開口部における色調むらは確認されなかった。
【００７１】
【発明の効果】
本願発明の構成とすることにより、高視野角においても混色に伴う色調むらが少なく、高輝度に信頼性が高い発光ダイオードなどとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本願発明の発光ダイオードを示した概略断面図である。
【図２】 図２は、本願発明の別の発光ダイオードを示した概略断面図である。
【図３】 図３は、本願発明の発光装置を応用したＬＥＤ表示器の概略模式図である。
【図４】 図４は、図３のＡ−Ａ断面における部分的な模式的断面図である。
【図５】 図５は、本願発明の作用を説明するための模式的断面図であり、図５（Ａ）は、比較のために示した発光装置の断面図であり、図５（Ｂ）は、本願発明の模式的断面図である。
【図６】 図６は、実施例１と比較例１の色調むらを表す図面であって、実線が実施例１であり、破線が比較例１を示す。
【図７】 図７は、実施例１と比較例１の寿命試験結果を表すグラフであって、実線が実施例１であり、破線が比較例１を示す。
【符合の説明】
１０１、２０１、４０１・・・第１のコーティング部
１０２、２０２、４０２・・・第２のコーティング部
１０３、２０３、４０３・・・ＬＥＤチップ
１０４・・・マウント・リード
１０５・・・インナー・リード
１０６、２０６・・・電気的接続部材
１０７・・・モールド部材
２０４・・・外部電極
２０７・・・パッケージ
４０４・・・基板
４０５・・・導体配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a light source such as a backlight light source, a reading / writing light source such as an optical sensor or an optical printer, and a light emitting diode used in a display device capable of displaying various data. In particular, a fluorescent material and a light emitting element are provided. Light emitting diode with high brightness and uniform light emissionToIt is related.
[0002]
[Prior art]
  Today, light-emitting elements (hereinafter also referred to as LED chips) capable of emitting ultra-brightness exceeding 1000 mcd in RGB (red, green, and blue) have been developed. Along with this, full-color LED displays are being installed by emitting mixed colors using LED chips capable of emitting red (R), green (G), and blue (B) light. As an example of such an LED display, there is a character display board using a single color display in addition to a full color large-sized video apparatus. As a single color display, white color is different from colors that attract attention such as red color. Therefore, there is a demand for a single color LED display such as a white type.
[0003]
  On the other hand, LED chips have an excellent monochromatic peak wavelength. Therefore, when displaying white or the like, it is necessary to mix emission from two or more types of LED chips such as RGB or B (blue) or Y (yellow). However, in an LED display or the like used for a destination display board or the like, it is not always necessary to display white or the like using two or more types of LED chips.
[0004]
  Therefore, the applicant of the present application is a light emitting diode that can emit light of other colors by converting the light emitted from the blue light emitting diode with the LED chip and the fluorescent material, as disclosed in JP-A-5-152609 and JP-A-7-99345. Developed the light-emitting diode described in 1. With these light emitting diodes, it is possible to emit various luminescent colors such as white based on one type of LED chip.
[0005]
  Specifically, an LED chip having a large energy bandgap of the light emitting layer is arranged on a cup provided at the tip of the lead frame. The LED chip is electrically connected to a metal stem or a metal post provided with the LED chip. Then, a phosphor that absorbs light from the LED chip and converts the wavelength is contained in a mold member that covers the LED chip.
[0006]
  In this case, by selecting a blue light-emitting diode and a fluorescent material that absorbs the light emission and emits yellow light, the white light can be emitted using a color mixture of the light emission. Such a light-emitting diode can be used as a light-emitting diode that emits sufficient luminance even when used as a light-emitting diode that emits white light.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  However, when the LED chip and the fluorescent material are simply mounted in a reflection cup on the mount lead used for the light emitting diode, color unevenness may occur on the light emission observation surface. More specifically, there is a case where the central portion where the LED chip is arranged as viewed from the light emission observation surface side is blue, and a yellow, green, or red-like portion is seen around the center. The human color sensation is particularly sensitive in white. Therefore, even a slight color difference feels reddish white, greenish white, yellowish white, etc.
[0008]
  Color unevenness caused by directly looking at the light emission observation surface is not only undesirable in terms of quality, but also causes uneven color tone of the display surface when applied to an LED display, and errors in precision instruments such as optical sensors. It also becomes. Furthermore, such a light emitting device has a problem that the light emission luminance tends to decrease with time. An object of the present invention is to provide a light emitting diode capable of solving the above-described problems and capable of emitting white light with a high luminance with very little uneven color tone on a light emission observation surface and a method for forming the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionA blue system using a gallium nitride compound semiconductor as a light emitting layer can emit light, and has an LED chip disposed in a concave opening, and a coating portion provided to fill the concave opening on the LED chip. In the light emitting device, the coating portion is wavelength-converted by being excited by visible light emitted from the LED chip while being disposed on the first coating portion and the first coating portion. A light-transmitting second coating portion containing a fluorescent substance that emits visible light, and the surface of the first coating portion on the second coating portion side has a concave spherical shape, It is a light emitting device that displays a color mixture of visible light emitted from an LED chip and wavelength-converted visible light from the fluorescent material.
[0010]
  The present inventionDepartureThe photodiode displays white by a mixed color display of visible light emitted from the LED chip and wavelength-converted visible light from the fluorescent material.Preferably.
[0011]
  Also,A mold member is provided on the second coating portion.It is preferable.
[0012]
  In the present invention,By substantially reducing the optical path length difference of the light from the LED chip that passes through the coating part containing the fluorescent material, the first coating part through the second coating part so as to reduce color unevenness; An LED chip is arranged.
[0013]
  The present inventionDepartureThe photodiode is an LED chip having an InGaN light emitting layer formed on a sapphire substrate.Is preferable.
[0014]
  Main departureMysteriousThe light emitting diode has a fluorescent material (Re1-xSmx)Three(Al1-yGay)FiveO12: Ce. However, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, and Re is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, La, Lu, and Sc.Is preferable.
[0015]
  The present inventionDepartureIn the photodiode, the first and second coating members are made of translucent resin or glass.Is preferable.
[0017]
  The present inventionNo shell typeThe photodiode includes an LED chip capable of emitting blue light in which a light emitting layer disposed in a cup of a mount lead is a gallium nitride compound semiconductor, and a first light-transmitting coating provided on the LED chip And a translucent second coating part containing a fluorescent material disposed on the first coating part and emitting visible light that is excited by visible light emitted from the LED chip and wavelength-converted And a mold member that covers the second coating portion,The surface of the first coating portion on the second coating portion side is concave spherical,A color mixture of visible light emitted from the LED chip and wavelength-converted visible light from the fluorescent material is displayed.
[0019]
  The chip-type LED of the present invention includes an LED chip disposed in a concave opening, a translucent first coating portion that covers the LED chip in the concave portion, and the LED chip on the first coating portion. A translucent second coating portion containing a fluorescent material that absorbs visible light from the light source and emits different visible light, and the surface of the first coating portion on the second coating portion side is It has a concave spherical shape, led A mixed color of visible light emitted from the chip and visible light whose wavelength is converted from the fluorescent material is displayed.
[0020]
[Action]
  The present invention substantially reduces the optical path length difference of the light emitted from the LED chip by using the first coating portion in the vicinity of the LED chip and the second coating portion having the fluorescent material on the first coating portion. By reducing the color unevenness of the light emitting device, light confinement due to the provision of the fluorescent material can be reduced. Therefore, a light emitting diode that can emit uniform light with little decrease in light emission luminance even when used for a long time can be obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  As a result of various experiments, the inventors of the present application have found that the color unevenness and the luminance decrease on the light emission observation surface can be improved by making the light emitting element and the fluorescent material have a specific arrangement relationship, and have achieved the present invention.
[0022]
  Although it is not certain that the configuration of the present invention can improve unevenness in color tone and decrease in luminance, it is considered as follows. That is, the light emitted from the light emitting element is emitted at various angles as shown in (a), (b), (c), (d), (e), and (f) as shown in FIG. Is done. Such light has different optical path lengths through the coating part containing the fluorescent material. In particular, the light path length tends to be longer as the angle of light emitted from the LED chip is shallower. For this reason, the amount of light converted into the fluorescent material differs depending on the optical path length difference, resulting in uneven color tone. In particular, in the regions (d) and (e), since the optical path length is long, the light from the LED chip undergoes wavelength conversion by the fluorescent material, and it is considered that uneven color tone is likely to occur when viewed from the light emission observation surface side. The light emitted from the LED chip is light (f) that propagates in the semiconductor like a waveguide and is emitted. Such light is also considered to cause uneven color tone around the LED chip.
[0023]
  Further, when the coating part having the fluorescent material is directly disposed on the LED chip, the ratio of the reflection and scattering of the light from the LED chip by the fluorescent material increases. In particular, in the vicinity of the LED chip, the number of times the visible light from the LED chip is reflected and scattered by the phosphor material is extremely increased, and the light density is increased. As a result, the organic resin, which is the base material of the coating part, is likely to deteriorate, and it is thought that the luminance tends to decrease eventually.
[0024]
  In the present invention, as shown in FIG. 5B, a laminated structure of the first coating portion and the second coating portion on the LED chip reduces the optical path length difference and reduces light scattering in the vicinity of the LED chip. A decrease in luminance can be suppressed.
[0025]
  As an example of a specific light emitting device, a chip type LED is shown in FIG. As the chip type LED, a package having external electrodes and formed with recesses was used. An LED chip using a gallium nitride compound semiconductor as a light emitting layer is die-bonded with an epoxy resin in the recess. Each electrode of the LED chip and the external electrode are wire bonded using gold wires. An epoxy resin was applied as a first coating portion on the recessed LED chip and dried. Next, as a second coating portion, (Re1-xSmx)Three(Al1-yGay)FiveO12: A material containing Ce fluorescent material was formed on the first coating portion.
[0026]
  The first coating and the second coating part have a laminated structure. Further, as shown in FIG. 2, the cross-sectional end of the first coating portion is raised. Therefore, the surface of the first coating portion has a concave spherical shape that is recessed when viewed from the light emission observation surface side. When the first coating portion has a concave spherical shape, the fluorescent material in the second coating portion can be collected near the center. Such a shape can be created by controlling the viscosity and curing temperature / time of the epoxy resin as the first coating portion. Thereby, a substantial difference in optical path length can be reduced, and a light emitting device with less color tone unevenness and lower luminance can be obtained. Hereinafter, the constituent members of the present invention will be described in detail.
[0027]
(Coating parts 101, 102, 201, 202, 401, 402)
  The coating part of this invention protects a LED chip from an external environment etc. The coating portion is provided on the LED chip, and is at least partially a resin or glass containing a fluorescent material that is excited by visible light from the LED chip and emits visible light. In any case, the coating part can sufficiently mix the visible light from the LED chip and the fluorescent material by reducing the difference in the path length of the visible light from the LED chip. In particular, the coating portion of the present invention is provided so that the optical path length difference of the light emitted from the LED chip is smaller than that of a simple layer shape containing a fluorescent substance. Moreover, it is made into the multilayer structure so that it may discharge | release outside efficiently. Accordingly, examples of the shape of the coating portion include a convex lens shape and various multilayer shapes. Moreover, you may form by adhere | attaching the coating part formed in the thin film.
[0028]
  The same material may be used for the base material of the 1st coating part 101 and the 2nd coating part 102, and a different material may be used. When using different materials, it is preferable to use a material having weather resistance on the side closer to the outside. Moreover, it is preferable to use a material with less expansion as the material is more inside. As a specific base material constituting such a coating portion, a translucent resin such as an epoxy resin, a urea resin, an acrylic resin, or a silicone resin, glass, or the like is preferably used. Moreover, the thickness of the 1st coating part and the 2nd coating part may be the same, respectively, and may differ. Examples of the fluorescent substance include various substances such as organic and inorganic dyes and pigments in consideration of light from the LED chip.
[0029]
  The first and / or second coating part may contain a diffusing agent, a colorant or a light stabilizer. By containing a colorant, it is possible to have a filter effect that cuts light from the LED chip and / or the fluorescent material as desired. By including a diffusing agent, the directivity can be adjusted as desired. By including an ultraviolet absorber that is a light stabilizer, it is possible to suppress deterioration of the resin constituting the coating portion. As a specific diffusing agent, barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide or the like is preferably used. Examples of the light stabilizer include benzotriazole, benzophenone, salicylate, cyanoacrylate, and hindered amine.
[0030]
  Moreover, the main material of a coating part may use the same material as a mold member, and is good also as a different member. When the coating part is formed of different members, external stress and thermal stress applied to the LED chip, the conductive wire, etc. can be further relaxed.
[0031]
(Fluorescent substance)
  The fluorescent material used in the present invention refers to a fluorescent material that emits visible light when excited by visible light emitted from at least a semiconductor light emitting layer. When the visible light emitted from the LED chip and the visible light emitted from the fluorescent material are in a complementary color relationship, the visible light from the LED chip and the visible light of the fluorescent material excited and emitted thereby are the three primary colors (red) When the light emission from the LED chip and the light emission from the fluorescent substance are mixedly displayed, white light emission color display can be performed. Therefore, it is necessary that light emitted from the LED chip and light emitted from the fluorescent material pass through the coating portion and the like outside the light emitting device. Such adjustment adjusts the ratio between the fluorescent substance and the resin, the coating amount, the filling amount, and the like. Alternatively, by selecting various emission wavelengths of the light emitting elements, it is possible to provide an arbitrary color tone such as a light bulb color including white.
[0032]
  Further, the content distribution of the fluorescent material in the second coating part also affects the color mixing property and durability. That is, when the distribution concentration of the fluorescent material is high from the outer surface side of the second coating portion toward the LED chip, it is more difficult to be affected by moisture from the external environment and it is easy to suppress deterioration due to moisture.
[0033]
  On the other hand, if the concentration distribution of the fluorescent material increases from the LED chip toward the mold member surface side, it is more susceptible to moisture from the external environment, but the fluorescent material is less affected by heat generation, irradiation intensity, etc. from the LED chip. It is also possible to suppress the deterioration of the material. Therefore, various selections can be made depending on the use environment. Such distribution of the fluorescent substance can be variously formed by adjusting the substrate containing the fluorescent substance, the forming temperature, the viscosity, the shape of the fluorescent substance, the particle size distribution, and the like.
[0034]
  Examples of the fluorescent substance excited by the semiconductor light emitting layer include various substances such as an inorganic fluorescent substance, an organic fluorescent substance, a fluorescent dye, and a fluorescent pigment. Specific phosphors include perylene derivatives and cerium activated yttrium / aluminum / garnet phosphors (Re1-xSmx)Three(Al1-yGay)FiveO12: Ce (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, where Re is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, La, Lu, and Sc). In particular, as a fluorescent material (Re1-xSmx)Three(Al1-yGay)FiveO12When Ce is used, the nitride compound semiconductor having a large energy band gap is disposed in contact with or close to the LED chip using the light emitting layer, and the irradiance is (Ee) = 3 W · cm-210W ・ cm-2Even in the following, a light-emitting device having sufficient light resistance can be obtained with high efficiency.
[0035]
  (Re1-xSmx)Three(Al1-yGay)FiveO12: The Ce phosphor has a garnet structure and is resistant to heat, light and moisture, and can have an excitation spectrum peak at around 470 nm. In addition, the emission peak is in the vicinity of 530 nm, and a broad emission spectrum that extends to 720 nm can be provided. Moreover, the emission wavelength is shifted to a short wavelength by substituting part of Al of the composition with Ga, and the emission wavelength is shifted to a long wavelength by substituting part of Y of the composition with Gd. In this way, it is possible to continuously adjust the emission color by changing the composition. Therefore, an ideal condition is provided for conversion to white light emission by utilizing the blue light emission of the nitride semiconductor such that the intensity on the long wavelength side is continuously changed by the composition ratio of Gd.
[0036]
  Such phosphors use oxides or compounds that easily become oxides at high temperatures as raw materials for Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, and mix them well in a stoichiometric ratio. And get the raw materials. Or a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio with oxalic acid; and aluminum oxide, gallium oxide, etc. To obtain a mixed raw material. An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with this as a flux and packed in a crucible, fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a fired product, and then the fired product is ball milled in water. And can be obtained by washing, separating, drying and finally passing through a sieve.
[0037]
  In the light emitting device of the present invention, the fluorescent material may be a mixture of two or more fluorescent materials. That is, two or more types (Re) having different contents of Al, Ga, Y, La, Gd, and Sm.1-xSmx)Three(Al1-yGay)FiveO12: Ce phosphors can be mixed to increase RGB wavelength components.
[0038]
(LED chips 103, 203, 403)
  Suitable examples of the LED chip used in the present invention include nitride compound semiconductors capable of efficiently emitting a relatively short wavelength capable of efficiently exciting a fluorescent material. In such an LED chip, a semiconductor such as InGaN can be formed as a light emitting layer on a substrate by MOCVD or the like. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, and a pn junction, a heterostructure, and a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. In addition, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated can be used.
[0039]
  When a gallium nitride compound semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, or ZnO is used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride with good crystallinity, it is preferable to use a sapphire substrate. A buffer layer such as GaN or AlN is formed on this sapphire substrate at a low temperature, and a gallium nitride semiconductor having a pn junction is formed thereon. A gallium nitride based semiconductor exhibits n-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired n-type gallium nitride semiconductor such as improving luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, etc. as an n-type dopant. On the other hand, in the case of forming a p-type gallium nitride semiconductor, p-type dopants such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba are doped.
[0040]
  Since a gallium nitride compound semiconductor is difficult to become p-type only by doping with a p-type dopant, it is preferable to make it p-type by annealing with a furnace, low-energy electron beam irradiation, plasma irradiation or the like after introduction of the p-type dopant. . After the exposed surfaces of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are formed by etching or the like, each electrode having a desired shape is formed on the semiconductor layer by using a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
[0041]
  Next, the formed semiconductor wafer or the like is directly fully cut by a dicing saw with a blade having a diamond cutting edge, or a groove having a width wider than the cutting edge width is cut (half cut), and then the semiconductor is applied by an external force. Break the wafer. Alternatively, after a very thin scribe line (meridian) is drawn on the semiconductor wafer by, for example, a grid shape by a scriber in which the diamond needle at the tip moves reciprocally linearly, the wafer is divided by an external force and cut into chips. In this manner, an LED chip that is a gallium nitride compound semiconductor can be formed.
[0042]
  When white light is emitted in the light emitting device of the present invention, the main emission wavelength of the light emitting element is preferably 400 nm or more and 530 nm or less, and more preferably 420 nm or more and 490 nm or less in consideration of complementary color with a fluorescent substance. In order to further improve the efficiency of the LED chip and the fluorescent material, 450 nm or more and 475 nm or less are more preferable. In addition to the LED chip mainly used in the present invention, an LED chip that does not excite the fluorescent material or emits only light that does not substantially emit visible light from the fluorescent material even when excited can be disposed together. it can. In this case, a light emitting device capable of emitting white light, red light, yellow light, and the like can also be provided.
[0043]
(Mount lead 104)
  The mount lead 104 preferably has a cup in which the LED chip 103 is disposed and a fluorescent material is accommodated. Such a cup can also function as an opening in the present invention. In the case where a plurality of LED chips are installed and the mount lead is used as a common electrode of the LED chip, it is preferable to have sufficient electrical conductivity and connectivity with a bonding wire or the like.
[0044]
  The specific electric resistance of the mount lead is preferably 300 μΩcm or less, more preferably 3 μΩcm or less. In addition, when a plurality of LED chips are stacked on the mount lead, the heat generation from the LED chip increases, so that the thermal conductivity is required to be good. Specifically, 0.01 cal / cm2/ Cm / ° C. or higher is preferable, more preferably 0.5 cal / cm2/ Cm / ° C. or higher. Examples of materials that satisfy these conditions include iron, copper, iron-containing copper, tin-containing copper, and ceramic with a metallized pattern.
[0045]
(Inner lead 105)
  The inner lead 105 is intended to be connected to a conductive wire connected to the LED chip 103 arranged on the mount lead 104. When a plurality of LED chips are provided on the mount lead, it is necessary to be able to arrange the conductive wires so that they are not in contact with each other. Specifically, as the distance from the mount lead increases, the area of the end surface of the inner lead that is wire-bonded increases to prevent contact of the conductive wire that is connected to the inner lead that is further away from the mount lead. it can. The roughness of the connecting end surface with the conductive wire is preferably 1.6 S or more and 10 S or less in consideration of adhesion.
[0046]
  In order to form the tip of the inner lead in various shapes, the shape of the lead frame may be determined in advance by the formwork, or it may be formed by punching, or the inner lead may be formed after all the inner leads have been formed. You may form by shaving a part of upper part. Furthermore, after punching and forming the inner lead, it is possible to simultaneously form the desired end face area and end face height by applying pressure from the end face direction.
[0047]
  The inner lead is required to have good connectivity and electrical conductivity with a bonding wire or the like that is a conductive wire. The specific electric resistance is preferably 300 μΩcm or less, more preferably 3 μΩcm or less. Examples of materials that satisfy these conditions include iron, copper, iron-containing copper, tin-containing copper and copper, gold, silver plated aluminum, iron, copper, and the like.
[0048]
(Electrical connection member 106)
  The conductive wire 106 that is an electrical connection member is required to have good ohmic properties with the electrodes of the LED chip 103, mechanical connectivity, electrical conductivity, and thermal conductivity. The thermal conductivity is 0.01 cal / cm2/ Cm / ° C. or higher is preferable, and more preferably 0.5 cal / cm2/ Cm / ° C. or higher. In consideration of workability and the like, in the case of a conductive wire, the diameter is preferably Φ10 μm or more and Φ45 μm or less. Specific examples of such conductive wires include conductive wires using metals such as gold, copper, platinum, and aluminum, and alloys thereof. Such a conductive wire can easily connect the electrode of each LED chip to the inner lead, the mount lead, and the like by a wire bonding device.
[0049]
(Mold member 107)
  The mold member 107 can be suitably provided in order to protect the LED chip 103, the conductive wire 106, the coating portion 102 containing a fluorescent material, and the like from the outside according to the use application of the light emitting device. The mold member 107 can be formed using various resins, glass, and the like. By making the mold member into a desired shape, it is possible to provide a lens effect that focuses or diffuses the light emitted from the LED chip. Accordingly, a plurality of mold members may be stacked. Specific examples include a convex lens shape, a concave lens shape, and a combination of a plurality of such shapes as an elliptical shape and a circular shape as viewed from the light emission observation surface. Further, in the case where the light from the LED chip is collected and the lens shape is adopted, the light emission surface is enlarged as viewed from the light emission observation surface side, and thus the color tone unevenness of the light source is particularly noticeable. Therefore, the effect of suppressing color unevenness of the present invention is particularly increased.
[0050]
  As a specific material for the mold member, a translucent resin or glass having excellent weather resistance such as epoxy resin, urea resin, silicone, etc. is preferably used. Moreover, the directivity from the LED chip can be relaxed and the viewing angle can be increased by adding a diffusing agent to the mold member. As a specific material of the diffusing agent, barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, or the like is preferably used. Furthermore, the mold member and the coating portion may be formed of different members. Further, the mold member and the coating portion can be formed using the same member in consideration of the refractive index.
[0051]
(Substrate 404)
  As a substrate 403 for a high-definition, high viewing angle and small thin LED display in which a large number of LED chips 403 are arranged, a conductor provided with a plurality of concave openings containing a fluorescent substance and the LED chip 403 and an electrical connection member The thing which has a wiring layer is mentioned suitably. In such a substrate, if a plurality of LED chips are directly mounted on the same substrate at high density, the amount of heat released from the LED chips increases. If the heat from the LED chip cannot be sufficiently dissipated, and the fluorescent material is not uniformly dispersed in the resin, the coating portion may be partially cracked or colored.
[0052]
  Therefore, a substrate having a conductor wiring layer provided with a concave opening is desired to have excellent heat dissipation and good adhesion to a coating portion containing a fluorescent material. Preferred examples of the wiring substrate material having such a concave opening include a ceramic substrate, a metal substrate based on metal and having a conductor wiring layer via an insulating layer, and a heat-resistant organic resin substrate containing a heat conductive filler. These substrates can integrally form the concave opening and the wiring layer. An LED display in which a concave opening and a wiring portion are integrated can be easily formed by laminating a perforated substrate in a ceramic substrate, press working in a metal substrate, and resin molding in an organic resin substrate.
[0053]
  In particular, a ceramic substrate mainly composed of alumina is more preferable in terms of heat dissipation and weather resistance. Specifically, 90 to 96% by weight of the raw material powder is alumina, and 4 to 10% by weight of viscosity, talc, magnesia, calcia, silica and the like are added as sintering aids and sintered in a temperature range of 1500 to 1700 ° C. 40-60% by weight of the bonded ceramic substrate and raw material powder is alumina, and 60-40% by weight of borosilicate glass, cordierite, forsterite, mullite, etc. are added as a sintering aid, and the temperature is 800-1200 ° C. A ceramic substrate sintered in a range.
[0054]
  Such a substrate can take various shapes at the green sheet stage before firing. The wiring can be configured by screen printing or the like on a green sheet or the like using a resin binder containing a high melting point metal such as tungsten or molybdenum as a wiring pattern. Moreover, the opening part which contains an LED chip and a fluorescent substance can be freely formed by sticking the opened green sheet in multiple layers. Therefore, it is also possible to form a stepped opening side wall or the like by stacking cylindrical sheets or green sheets having different hole diameters. A ceramic substrate is obtained by sintering such a green sheet. Moreover, after sintering each, you may make it adhere | attach and use.
[0055]
  The outermost green sheet has Cr2OThree, MnO2TiO2, Fe2OThreeEtc. can be made dark color only on the surface of the substrate formed. A substrate having such an outermost surface improves the contrast and makes the light emission of the LED chip and the fluorescent material more conspicuous.
[0056]
  Sidewalls that widen toward the opening can improve further reflectivity. Examples of the sidewall shape of the concave opening include a linear taper angle or curved surface, or a stepped shape that is optically suitable for reflection in order to avoid light emission loss from the LED chip. In addition, the depth of the concave opening is such that the slurry in which the thriller serving as the first coating portion and the fluorescent material serving as the second coating portion are dispersed does not flow out, and does not block direct light from the LED chip. It is determined by the angle. Therefore, the depth of the concave opening is preferably 0.3 mm or more, and more preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less.
[0057]
  The concave opening of the substrate is for placing the LED chip, the electrical connection member, the first and second coating portions, and the like inside. Therefore, it is sufficient that the LED chip is large enough to be directly mounted on a die-bonding device or the like and to be electrically connected to the LED chip by wire bonding or the like. A plurality of concave openings can be provided as desired, and various types such as a 16 × 16 or 24 × 24 dot matrix or a linear shape can be selected. When the dot pitch of the concave openings is 4 mm or less, the dot pitch can be significantly reduced as compared with the case where a bullet-type light emitting diode lamp is mounted. Moreover, the LED display using such a board | substrate can be set as the high-density LED display apparatus which can solve the various problems relevant to the heat dissipation from LED chip. The adhesion between the LED chip and the bottom of the substrate can be performed with a thermosetting resin or the like. Specifically, an epoxy resin, an acrylic resin, an imide resin, etc. are mentioned. In addition, Ag paste, ITO paste, carbon paste, metal bumps, or the like can be used for bonding and electrical connection with wiring provided on the substrate using a face-down LED chip or the like.
[0058]
  In addition, silver, gold, copper, platinum, palladium, and alloys thereof are deposited on the wiring formed on the substrate in order to improve the conductivity, the reflectance of the bottom of the substrate on which the LED chip and the fluorescent material are arranged, and the like. It can also be formed by applying a plating process or the like.
[0059]
(LED display device)
  An example of the LED display using the light emitting diode of the present invention is shown. In the present invention, only a white light emitting device can be used to obtain a monochrome LED display device. The LED display for black and white is configured to include LED chips and a coating portion on a substrate having light emitting diodes that are light emitting devices of the present invention arranged in a matrix or the like, or a substrate having a plurality of recesses arranged as desired. be able to. The drive circuit that drives each LED chip and the LED display are electrically connected. A display that can display various images by an output pulse from the driving circuit can be used. As a drive circuit, a RAM (Random, Access, Memory) for temporarily storing input display data, and a gradation signal for lighting the LED display to a predetermined brightness from the data stored in the RAM. A gradation control circuit for calculating, and a driver that is switched by an output signal of the gradation control circuit to turn on the light emitting device. The gradation control circuit calculates the lighting time of the light emitting device from the data stored in the RAM and outputs a pulse signal.
[0060]
  Such a black-and-white LED display can of course simplify the circuit configuration and increase the definition, unlike the RGB full-color display. Therefore, a display having no color unevenness due to the characteristics of the RGB light emitting device can be obtained. Moreover, since power consumption can be reduced to about one third, in the case of connection with a battery power supply, use time can be extended. Furthermore, compared with the conventional LED display using only red and green, there is less human stimulation and it is suitable for long-time use. Examples of the present invention will be described below, but it goes without saying that the present invention is not limited to specific examples.
[0061]
【Example】
Example 1
  In with a main emission peak of 460 nm0.4Ga0.6The LED chip which used N semiconductor as the light emitting layer was used. For LED chips, a TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas, and a dopant gas are allowed to flow along with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate, and a gallium nitride compound semiconductor film is formed by MOCVD. Formed. SiH as dopant gasFourAnd Cp2By switching between Mg, a gallium nitride semiconductor having n-type conductivity and a gallium nitride semiconductor having P-type conductivity were obtained. On the sapphire substrate, through the buffer layer GaN, the first contact layer n-type conductivity GaN, the light emitting layer InGaN, the first cladding layer p-type conductivity AlGaN, GaN having p-type conductivity, which is the second contact layer, is formed. (The p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation. The thickness of the light-emitting layer is set to 3 nm so that a quantum effect occurs.)
  After exposing the surface of each pn semiconductor by etching, each electrode was formed by sputtering. The semiconductor wafer thus completed was drawn with a scribe line and then divided by external force to form a 350 μm square LED chip as a light emitting element.
[0062]
  On the other hand, a silver-plated copper lead frame was formed by punching. The formed lead frame has a cup at the tip of the mount lead. The LED chip was die-bonded to the cup with an epoxy resin containing Ag. Each electrode of the LED chip, the mount lead, and the inner lead were each wire-bonded with a gold wire for electrical conduction. Silicone rubber was injected onto the LED chip onto the cup on which the LED chip was placed. After the injection, the coating was cured at 125 ° C. for about 1 hour to form a first coating portion.
[0063]
  As a fluorescent substance, a solution obtained by dissolving rare earth elements of Y, Gd, and Ce in acid at a stoichiometric ratio was coprecipitated with oxalic acid. A co-precipitated oxide obtained by firing this and aluminum oxide are mixed to obtain a mixed raw material. This was mixed with ammonium fluoride as a flux, packed in a crucible, and fired in air at a temperature of 1400 ° C. for 3 hours to obtain a fired product. The fired product was ball milled in water, washed, separated, dried, and finally formed through a sieve.
[0064]
  Formed (Y0.4Gd0.6)ThreeAlFiveO12: 40 parts by weight of Ce phosphor and 100 parts by weight of epoxy resin were mixed well to form a slurry. This slurry was poured onto the first coating in the mount lead cup. After the injection, the resin containing the fluorescent material was cured at 130 ° C. for about 1 hour. Thus, as shown in FIG. 5B, a second coating portion containing a fluorescent material having a thickness of about 0.4 mm was formed on the first coating portion. Furthermore, a translucent epoxy resin was formed as a mold member for the purpose of protecting the LED chip and the fluorescent material from external stress, moisture, dust and the like. The mold member was cured at 150 ° C. for 5 hours after inserting a lead frame in which a fluorescent material coating portion was formed in a shell-shaped mold and mixing a translucent epoxy resin. Thus, a light emitting diode as a light emitting device as shown in FIG. 1 was formed.
[0065]
  The color temperature and color rendering properties were measured from the front of the light-emitting diode capable of emitting white light. The color temperature was 8080 K and Ra (color rendering index) was 87.4. Furthermore, the chromaticity point at each point was measured by moving the measurement point from 0 degree to 180 degree so as to pass over the center of the light emitting device by 45 degree. A life test was conducted at If = 60 mA and Ta = 25 ° C.
[0066]
(Comparative Example 1)
  The inside of the cup in which the LED chip, which is a gallium nitride compound semiconductor, is arranged in the same manner as in Example 1 except that the coating portion is formed using only the second coating portion without forming the first coating portion. (Y0.4Gd0.6)ThreeAlFiveO12: Ce phosphor-containing resin was injected and cured. The chromaticity point and life test result of the light emitting diode thus formed were measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIGS. 6 and 7 together with Example 1. FIG. In FIG. 7, it represents on the basis of Example 1. FIG.
[0067]
(Example 2)
  A ceramic substrate was used as a wiring substrate having a concave opening in a dot matrix. The concave opening was formed by laminating a perforated green sheet without a wiring layer when manufacturing the ceramic substrate. The dot pitch of the concave openings of the 16 × 16 dot matrix was 3.0 mm, the diameter of the openings was 2.0 mmΦ, and the depth of the openings was 0.8 mm. The total length was a 48 mm square substrate. The wiring layer was formed by screen printing a tungsten-containing binder in a desired shape. Each green sheet is formed by being overlapped. The green sheet corresponding to the surface layer contains chromium oxide to improve the contrast of the substrate. This was sintered to form a ceramic substrate. The wiring layer has common and signal lines corresponding to the dot matrix, and the surface is plated with Ni / Ag. For taking out the signal line from the ceramic substrate, a connection pin made of metal cover was formed by silver solder connection. Note that the stepped opening diameter is 1.7 mmΦ for the lower layer and 2.3 mmΦ for the upper layer opening diameter.
[0068]
  On the other hand, as an LED chip which is a semiconductor light emitting device, the main emission peak is 450 nm.0.05Ga0.95N semiconductor was used. The LED chip uses a MOCVD method to deposit a gallium nitride compound semiconductor by flowing TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and dopant gas together with a carrier gas onto a cleaned sapphire substrate. Formed. SiH as dopant gasFourAnd Cp2By switching between Mg and gallium nitride semiconductor having n-type conductivity and gallium nitride semiconductor having P-type conductivity, a pn junction was formed. (The p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.)
  After exposing the surface of each pn semiconductor by etching, each electrode was formed by sputtering. The semiconductor wafer thus completed was drawn with a scribe line and then divided by an external force to form an LED chip as a light emitting element. The LED chip capable of emitting blue light was die-bonded with epoxy resin at a predetermined location in the substrate opening, and then fixed by thermosetting. Thereafter, a 25 μm gold wire was wire-bonded to each electrode of the LED chip and the wiring on the substrate to establish electrical connection. Silicone resin was injected as a first coating portion into the lower part of the recess and cured at 130 ° C. for 1 hour. The thickness of the first coating portion was approximately 0.4 mm.
[0069]
  As the fluorescent substance, a solution obtained by dissolving rare earth elements of Y, Gd, and Ce in acid at a stoichiometric ratio was coprecipitated with oxalic acid. A co-precipitated oxide obtained by firing this and aluminum oxide are mixed to obtain a mixed raw material. This was mixed with ammonium fluoride as a flux, packed in a crucible, and fired in air at a temperature of 1400 ° C. for 3 hours to obtain a fired product. The fired product was ball milled in water, washed, separated, dried, and finally formed through a sieve. Formed (Y0.5Gd0.5)ThreeAlFiveO12: 10 parts by weight of Ce fluorescent material and 90 parts by weight of silicone resin were mixed well to form a slurry. This slurry was respectively injected into the concave opening which is the upper stage on the first coating part. After the injection, the resin containing the fluorescent material was cured at 130 ° C. for 1 hour to form an LED display. The thickness of the second coating part was 0.4 mm. Further, the thickness of the LED display at this time is only 2.0 mm of the thickness of the ceramic substrate, and the thickness can be significantly reduced as compared with a display device using a bullet type LED lamp.
[0070]
  The LED display, a RAM (Random, Access, Memory) that temporarily stores display data to be input, and a gradation signal for lighting the light emitting diode to a predetermined brightness are calculated from the data stored in the RAM. The LED display device is configured by electrically connecting a gradation control circuit for switching and a CPU drive means including a driver that is switched by an output signal of the gradation control circuit to light the light emitting diode. Even in the vicinity of the LED display, color unevenness in each opening was not confirmed.
[0071]
【The invention's effect】
  By adopting the configuration of the present invention, a light emitting diode having high luminance and high reliability can be obtained with little uneven color tone due to color mixing even at a high viewing angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting diode of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another light emitting diode of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of an LED display to which the light emitting device of the present invention is applied.
4 is a partial schematic cross-sectional view taken along a line AA in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the present invention, and FIG. 5 (A) is a cross-sectional view of a light emitting device shown for comparison, FIG. 5 (B). These are typical sectional views of the present invention.
6 is a drawing showing uneven color tone of Example 1 and Comparative Example 1, in which the solid line indicates Example 1 and the broken line indicates Comparative Example 1. FIG.
7 is a graph showing the life test results of Example 1 and Comparative Example 1, in which the solid line indicates Example 1 and the broken line indicates Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of sign]
101, 201, 401 ... 1st coating part
102, 202, 402 ... second coating portion
103, 203, 403 ... LED chip
104 ... Mount lead
105 ... Inner lead
106, 206 ... electrical connection members
107 ... Mold member
204 ... External electrode
207 ... Package
404 ... Substrate
405: Conductor wiring

Claims (9)

窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とした青色系が発光可能であり、凹状開口部内に配置されたＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップ上に前記凹状開口部を埋めるように設けられたコーティング部とを有する発光装置であって、
前記コーティング部は、透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置されると共に前記ＬＥＤチップから放出された可視光で励起されて波長変換した可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部とからなり、
前記第１のコーティング部の前記第２のコーティング部側の表面が凹球面状となっており、
前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する発光装置。The gallium nitride-based compound semiconductor is a blue system with the light-emitting layer capable of emitting light, the LED chips disposed in the recessed opening and a front Symbol coating portion provided so as to fill the recessed opening on the LED chip A light emitting device comprising:
The coating unit includes a light-transmitting first coating unit and a fluorescent light that is disposed on the first coating unit and emits visible-light-converted visible light that is excited by visible light emitted from the LED chip. A light-transmitting second coating portion containing a substance,
The surface of the first coating portion on the second coating portion side is concave spherical ,
A light emitting device that displays a mixed color of visible light emitted from the LED chip and wavelength-converted visible light from the fluorescent material. 前記コーティング部を覆う凹レンズ形状のモールド部材を具えたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 1, further comprising a concave lens-shaped mold member that covers the coating portion . 前記コーティング部の形状は、凸形状である請求項１又は２に記載の発光装置。The shape of the coating unit, the light emitting device according to claim 1 or 2, which is convex. 前記蛍光物質が含有されたコーティング部を通過するＬＥＤチップからの光路長差を実質的に低減させることによって、色むらが低減するように第２のコーティング部を介して前記第１のコーティング部と前記ＬＥＤチップを配置してなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。By substantially reducing the optical path length difference from the LED chip that passes through the coating part containing the fluorescent material, the first coating part and the first coating part through the second coating part to reduce color unevenness. The light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the LED chip is arranged. 前記ＬＥＤチップは、サファイア基板上に形成された前記発光層がＩｎＧａＮである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置。5. The light-emitting device according to claim 1 , wherein the light-emitting layer formed on the sapphire substrate is InGaN. 前記蛍光物質は、（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１であり、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。The fluorescent material, (Re 1-x Sm x ) 3 (Al 1-y Ga y) 5 O 12: light-emitting device according to any one of claims 1 to 5 is Ce. However, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and Re is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, La, Lu, and Sc. 前記第１及び第２のコーティング部材は、透光性樹脂或いは硝子である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。The light emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first and second coating members are translucent resin or glass. マウント・リードのカップ内に配置された発光層が窒化ガリウム系化合物半導体である青色系が発光可能なLEDチップと、該LEDチップ上に設けられた透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置され前記LEDチップから放出された可視光で励起されて波長変換された可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部と、前記第２のコーティング部を被覆するモールド部材とを有し、
前記第１のコーティング部の前記第２のコーティング部側の表面が凹球面状となっており、
前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する砲弾型発光ダイオード。A light emitting layer disposed in the cup of the mount lead is a gallium nitride-based compound semiconductor LED chip capable of emitting blue light, a translucent first coating portion provided on the LED chip, A translucent second coating portion disposed on the first coating portion and containing a fluorescent material that emits visible light that is excited by visible light emitted from the LED chip and is wavelength-converted; A mold member that covers the coating portion of 2;
The surface of the first coating portion on the second coating portion side is concave spherical,
A bullet-type light emitting diode that displays a color mixture of visible light emitted from the LED chip and wavelength-converted visible light from the fluorescent material. 凹状開口部内に配置させたＬＥＤチップと、前記凹部内のＬＥＤチップを被覆する透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に前記ＬＥＤチップからの可視光を吸収して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する透光性の第２のコーティング部とを有し、
前記第１のコーティング部の前記第２のコーティング部側の表面が凹球面状となっており
前記LEDチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光の混色を表示するチップタイプＬＥＤ。An LED chip disposed in the concave opening, a translucent first coating portion covering the LED chip in the concave portion, and absorbing visible light from the LED chip on the first coating portion A translucent second coating portion containing a fluorescent material that emits different visible light,
The surface of the first coating portion on the second coating portion side is a concave spherical surface, and displays a mixed color of visible light emitted from the LED chip and wavelength-converted visible light from the fluorescent material. Chip type LED.
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