JP3729047B2 - Light emitting diode - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、ディスプレイのバックライト、照光式操作スイッチ、ＬＥＤ表示器等に使用される発光ダイオードに係り、特に蛍光物質を利用し長期間且つ、高輝度に発光可能な発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子（以下、ＬＥＤチップともいう。）は、小型で効率よく鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子であるため球切れがない。初期駆動特性が優れ、振動やON/OFF点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。そのため、各種インジケータや種々の光源として利用されている。しかしながら、ＬＥＤチップは単色性の発光ピークを有するが故に白色系などの発光のみを得る場合においても、２種類以上の発光素子を利用せざるを得なかった。
【０００３】
そこで、本出願人は、単色性の発光ピークを有するＬＥＤチップと蛍光物質を利用して白色系など種々の発光色を発光させる発光ダイオードとして特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３４５号公報などに記載した発光ダイオードを開発した。
【０００４】
これらの発光ダイオードは、発光層のエネルギーバンドギャップが比較的大きい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ダイボンド部材などによって配置する。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チップを被覆する樹脂モールド中などに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色変換部材として形成させてある。
【０００５】
これによって、ＬＥＤチップからの発光を蛍光体によって波長変換した発光ダイオードとすることができる。例えば、青色系のＬＥＤチップからの光と、その光を吸収し補色関係にある黄色系を発光する蛍光体からの光との混色により白色系が発光可能な発光ダイオードとすることができる。これらの発光ダイオードは、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することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発光ダイオードの利用分野の広がりと共に、より信頼性が高く長期間且つ、高輝度に発光可能な発光ダイオードが求められている。特に、蛍光物質を利用した発光ダイオードは、蛍光物質にもよるが発光層からの発光波長が短いものほど効率よく発光する傾向にある。一方、発光ダイオードに利用するモールド部材、色変換部材やダイボンド部材などには、扱い易さなどから種々の合成樹脂が利用されている。合成樹脂は、一般にＬＥＤチップから放出される発光波長が短くなると劣化し着色する傾向にある。特に、ダイボンド部材は、接着性をも考慮しなければ成らず現在のところ耐侯性と密着性等を共に十分満足するものがない。したがって、蛍光物質を利用した発光ダイオードの発光強度を更に向上させ長時間使用すると、発光ダイオードの発光輝度が低下する場合があるという問題を有する。本願発明は上記課題を解決し、より高輝度且つ、長時間の使用環境下においても発光効率の低下が極めて少ない発光ダイオードを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、基板と、基板上に、合成樹脂によってダイボンドさせた半導体発光素子と、半導体発光素子上に、半導体発光素子が発光する青色系光を吸収し波長変換して発光す る蛍光物質を含む色変換部材とを有する発光ダイオードであって、半導体発光素子は、窒化物系化合物半導体を形成させる透光性基体としてサファイアと、サファイア上に形成され、青色系光が発光可能な窒化物系化合物半導体からなる発光層と、サファイアを介して窒化物系化合物半導体と対向する合成樹脂側に設けられ、且つ半導体発光素子が発光する光、蛍光物質によって反射された半導体発光素子からの光、及び青色系光と補色となる蛍光物質からの黄色系光を反射する反射部材とを備えており、基板は、光を反射する材料であり、合成樹脂は、光透過性を備える。
また反射部材は、アルミニウム、銀、白金から選択される金属又はその合金とできる。さらに合成樹脂は、エポキシ樹脂とできる。さらにまた合成樹脂は、銀、金、アルミニウム、銅、ＩＴＯ、ＳｎＯ 2 、ＺｎＯ 2 から選択される少なくとも１種を含有してもよい。一方蛍光物質は、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とできる。イットリウムの一部はガドリニウム、ルテニウム、スカンジウム、ランタンから選択される１種で置換してもよい。あるいはアルミニウムの一部は、ガリウム、インジウム、ボロン、テルルから選択される１種で置換することもできる。またはセリウムに加えてＴｂ及び／又はＣｒを有することもできる。一方、色変換部材をエラストマー状或いはゲル状シリコーン樹脂、アモルファスフッ素樹脂、透光性ポリイミド樹脂のいずれかとすることもできる。
【０００８】
あるいは、基板上にダイボンド部材によって固定されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光物質を含む色変換部材とを有する発光ダイオードであって、ＬＥＤチップは透光性基体上の一方の面側に窒化物系化合物半導体を有すると共に、透光性基体の他方の面側に反射部材を設け、さらに色変換部材は、透明樹脂や硝子等の基材に、蛍光物質に加えて拡散剤を含有させてもよい。また、本願発明の発光ダイオードをマトリックス状に配置したＬＥＤ表示器と、該ＬＥＤ表示器と電気的に接続させた駆動回路とを有するＬＥＤ表示装置とすることもできる。
【０００９】
【作用】
本願発明は、ＬＥＤチップの透光性基体に反射部材を設けることによって、ダイボンド部材の光による劣化を防止しつつ光利用効率を高めたものである。特に、発光ダイオードの光反射性と、接着剤の接着性と、に機能分離させたものである。
【００１０】
また、本発明に加えてより耐光性の高い基材を用いて色変換部材を構成させることで、ＬＥＤチップからの光、蛍光物質によって反射された光などによる基材の着色などを抑制し発光効率の低下を防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願発明者は種々の実験の結果、高輝度且つ長時間の使用環境下における発光ダイオードの出力低下が、ＬＥＤチップのごく近傍に配置された色変換部材やダイボンド部材の劣化にあることを見出し本願発明を成すに至った。
【００１２】
蛍光物質を利用した発光ダイオードにおいては、蛍光物質を利用しない通常の発光ダイオードと光の密度が極端に異なる。即ち、図３の如く蛍光物質を利用した発光ダイオードにおいては、ＬＥＤチップ３０３から放出される光がそのまま全て合成樹脂などにより形成された色変換部材などを透過しない。ＬＥＤチップ３０３からの光は、ＬＥＤチップ３０３近傍などに設けられた蛍光物質３２２によって反射される。或いは、蛍光物質３２２によって励起された光として等方的に放出される。さらに、発光ダイオードからの光はダイボンド樹脂を透過し、光特性向上のために高反射率の材料が用いられた基板などによって反射される。また、ダイボンド部材などの屈折率の差などによっても反射される。そのため、ＬＥＤチップ３０３近傍に光が部分的に密に閉じこめられ、ＬＥＤチップ近傍の光密度が極めて高くなる。そのため、ＬＥＤチップ３０３極近傍の色変換部材やダイボンド部材が、特に劣化され着色３３０などし発光効率が低下すると考えられる。
【００１３】
本願発明は、ＬＥＤチップ極近傍の色変換部材やダイボンド部材などの劣化を抑制することにより、高輝度且つ長時間の使用環境下においても出力低下が極めて少ない発光ダイオードとすることができるのである。
【００１４】
本願発明の具体的な発光ダイオードの一例を図２に示す。図２は、チップタイプＬＥＤの断面図である。セラミックのパッケージ内に設けられた電極上にダイボンド部材２０７を用いてＬＥＤチップをダイボンドさせると共に電気的に接続させた。ＬＥＤチップには、ＳｉＣ基板の一方に青色系が発光可能な窒化物系化合物半導体が形成されたものを利用した。なお、ＳｉＣ基板の他方の面上には、Ａｇがメッキされている。また、ダイボンド部材２０１には、Ａｇ含有のシリコーン樹脂を用いた。残ったＬＥＤチップ２０３の電極とパッケージに設けられた外部電極２０９とを金線によってワイヤーボンディングさせてある。
【００１５】
パッケージ２０４には、内部に一段下がったキャビティーを設けてある。キャビティー内には、蛍光物質を含有させた透光性ポリイミド樹脂を色変換部材２０２として注入し発光ダイオードを構成させてある。蛍光物質は、セリウムを付活したイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を用いた。
【００１６】
このような、発光ダイオードの外部電極２０９に電力を供給させることによりＬＥＤチップ２０３から光を出させると共にＬＥＤチップ２０３からの光によって蛍光物質を励起させ発光させることができる。ＬＥＤチップ２０３からの青色系光と蛍光物質からの黄色系光が補色関係にあるため、白色系の発光色を得ることができる。このような発光ダイオードは樹脂劣化などに伴う着色が少ないため長期間且つ高輝度に発光させることができる。以下本願発明の構成部材について詳述する。
【００１７】
（反射部材２０１）
本願発明に用いられる反射部材２０１とは、半導体発光層から放出された光をダイボンド樹脂に直接照射させないように設けられると共に、効率よく発光観測面側に反射させるためのものである。
【００１８】
このような反射部材は、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、ＡｇやＰｔなどの金属や合金、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＢａＦ2等の誘電体材料を積層した誘電体多層膜で形成することができる。特に、Ａｌ、Ａｇ、ＰｔやＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＢａＦ2等の誘電体材料を利用した反射部材は、窒化物系化合物半導体の発光層から放出される発光波長を効率よく反射できると共に比較的簡単に形成できるためより好ましい。このような反射部材は、蒸着法、スパッタリング法などの気相成長膜技術などにより透光性基体上に容易に形成することができる。
【００１９】
（ダイボンド部材１０７、２０７、３０７）
本願発明に用いられるダイボンド部材１０７とは、ＬＥＤチップ１０３と、基板１０４とを接着させるために用いられる。したがって、ダイボンド部材１０７は、基板及びＬＥＤチップ１０３との密着性が高いことが望まれる。ダイボンド部材に用いられる具体的な合成樹脂としては、一液、二液型エポキシ樹脂や一液、二液型シリコーン樹脂が好適に用いられる。
【００２０】
また、ダイボンド部材１０７を利用してＬＥＤチップと基板とを電気的に導通させてもよい。この場合、ダイボンド部材中に、銀、金、アルミニウム、銅、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ2などから選択される少なくとも１種を含有させることが好ましい。特に、銀、金、アルミニウム、銅などは、導電性を持たせると共に放熱性を向上させることができる。
【００２１】
このようなダイボンド部材１０７は、ＬＥＤチップ１０３と基板１０４とを接着させるためにダイボンダーを用いることによって簡単に塗布などすることができる。
【００２２】
（色変換部材１０２、２０２）
本願発明に用いられる色変換部材１０２とは、ＬＥＤチップ１０３からの光の少なくとも一部を変換する蛍光物質３２２が含有されるものである。色変換部材１０２の基材としては、ＬＥＤチップ１０３からの光や蛍光物質からの光を効率よく透過させると共に耐光性の良いものが好ましい。さらに、色変換部材として働くと共にモールド材などとして兼用させる場合は、外部環境下における外力や水分等に対して強いものが好ましい。このような基材３２１の具体的材料としては、エラストマー状或いはゲル状シリコーン樹脂、アモルファスフッ素樹脂、透光性ポリイミド樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。色変換部材１０２の量によって発光ダイオードから放出される光の色調などが変化するため操作性などの点からエラストマー状或いはゲル状シリコーン樹脂がより好ましい。
【００２３】
色変換部材は、ＬＥＤチップ１０３に直接接触させて被覆させることもできるし、他の合成樹脂などを間に介して設けることもできる。また、蛍光物質３２２と共に着色顔料、着色染料や拡散剤を含有させても良い。着色顔料や着色染料を用いることによって色味を調節させることもできる。拡散剤を含有させることによってより指向角を増すこともできる。具体的な拡散剤としては、無機系であるチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等や有機系であるグアナミン樹脂などが好適に用いられる。
【００２４】
（蛍光物質３２２）
本願発明に用いられる蛍光物質３２２は、窒化物系化合物半導体から放出された可視光や紫外光を他の発光波長に変換するためのものである。従って、ＬＥＤチップ１０３に用いられる発光層から発光される発光波長や発光ダイオードから放出される所望の発光波長に応じて種々ものが用いられる。特に、ＬＥＤチップ１０３が発光した光と、ＬＥＤチップ１０３からの光によって励起され発光する蛍光物質３２２からの光が補色関係にあるとき白色系光を発光させることもできる。
【００２５】
このような蛍光物質３２２として、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質、ペリレン系誘導体や銅、アルミニウムで付活された硫化亜鉛カドミウムやマンガンで付活された酸化マグネシュウム・チタンなど種々のものが挙げられる。これらの蛍光物質は、１種類で用いてもよいし、２種類以上混合して用いてもよい。
【００２６】
特に、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質は、ガーネット構造であるため、熱、光及び水に強く、励起スペクトルのピークが４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近などにあり、７００ｎｍ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側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側へシフトさせることができる。このように組成を変化させることで連続的に種々の発光波長とすることができるため本願発明の蛍光物質として特に好ましい。
【００２７】
なお、所望に応じて発光波長を長波長や短波長側に調節させるため、イットリウムの一部をＬｕ、Ｓｃ、Ｌａに置換させることもできるし、アルミニウムの一部をＩｎ、Ｂ、Ｔｌに置換させることもできる。さらに、セリウムに加えて、ＴｂやＣｒを微量含有させ吸収波長を調整させることもできる。
【００２８】
セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質を用いた場合は、ＬＥＤチップ１０３と接する或いは近接して配置された放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ-2以上１０Ｗ・ｃｍ-2以下の高照射強度においても高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオードを構成することができる。
【００２９】
（ＬＥＤチップ１０３、２０３）
本願発明に用いられるＬＥＤチップ１０３とは、種々の蛍光物質３２２を効率良く励起できる比較的バンドエネルギーが高い半導体発光素子が好適に挙げられる。このような半導体発光素子としては、ＭＯＣＶＤ法等により形成された窒化物系化合物半導体が用いられる。窒化物系化合物半導体は、ＩｎnＡｌmＧａ1-n-mＮ（但し、０≦ｎ、０≦ｍ、ｎ＋ｍ≦１）を発光層とし形成させてある。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。
【００３０】
窒化物系化合物半導体を形成させる基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、窒化ガリウム系単結晶等の材料を用いることができる。結晶性の良い窒化ガリウム系半導体を形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板との格子不整合を是正するためにバッファー層を形成することが望ましい。バッファー層は、低温で形成させた窒化アルミニウムや窒化ガリウムなどで形成させることができる。
【００３１】
窒化物系化合物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子例としては、バッファー層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させた構成などとすることができる。
【００３２】
なお、窒化物系化合物半導体は、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。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ｐ型化させることが好ましい。
【００３３】
絶縁性基板を用いた半導体発光素子の場合は、絶縁性基板の一部を除去する、或いは半導体表面側からｐ型及びｎ型用の電極面をとるためにｐ型半導体及びｎ型半導体の露出面をエッチングなどによりそれぞれ形成させる。各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。発光面側に設ける電極は、全被覆せずに発光領域を取り囲むようにパターニングするか、或いは金属薄膜や金属酸化物などの透明電極を用いることができる。このように形成された発光素子をそのまま利用することもできるし、個々に分割したＬＥＤチップとして使用してもよい。
【００３４】
個々に分割されたＬＥＤチップとして利用する場合は、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ＬＥＤチップを形成させることができる。
【００３５】
本願発明の発光ダイオードにおいて樹脂劣化、白色系など蛍光物質との補色関係等を考慮する場合は、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、４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００３６】
（基板１０４）
本願発明に用いられる基板１０４とは、ＬＥＤチップ１０３を配置させると共に光を有効利用するため高反射率を有するものが好ましい。したがって、ダイボンド部材によって接着させるために十分な大きさがあればよく、所望に応じて種々の形状や材料を用いることができる。具体的には、発光ダイオードに用いられるリードフレームやチップタイプＬＥＤのパッケージなどが好適に用いられる。
【００３７】
基板１０４上には、ＬＥＤチップ１０３を１つ配置してもよいし、２以上配置することもできる。また、発光波長を調節させるなどために複数の発光波長を有するＬＥＤチップを配置させることもできる。ＳｉＣ上に形成された窒化物系化合物半導体を利用したＬＥＤチップなどを配置させる場合、接着性と共に十分な電気伝導性がもとめられる。また、ＬＥＤチップ１０３の電極を導電性ワイヤーを利用して基板１０４となるリードフレームなどと接続させる場合は、導電性ワイヤーなどとの接続性が良いことが好ましい。
【００３８】
このような基板として具体的には、リードフレームやパッケージなどとして、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、銅金銀などをメッキしたアルミニウムや鉄、さらにはセラミックや種々の合成樹脂などの材料を用いて種々の形状に形成させることができる。また、基板の一部を利用して反射部材を構成させてもよい。
【００３９】
（導電性ワイヤー）
電気的接続部材である導電性ワイヤーとしては、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１０７の直径は、好ましくは、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１０３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。
【００４０】
（表示装置）
本願発明の発光ダイオードをＬＥＤ表示器に利用した場合、白色系発光ダイオードのみを用いＬＥＤ表示装置とすることもできる。即ち、図４や図５の如き白色系が発光可能な本願発明の発光ダイオードのみをマトリックス状などに配置し、白黒用のＬＥＤ表示器５０１を構成できる。この表示装置において、白色発光可能な発光ダイオード用駆動回路のみとしてＬＥＤ表示器を構成させることができる。ＬＥＤ表示器は、駆動回路である点灯回路などと電気的に接続させる。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）５０４と、ＲＡＭ５０４に記憶されるデータから個々の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５０３と、階調制御回路５０３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５０２とを備える。階調制御回路５０３は、ＲＡＭに記憶されるデータから発光ダイオードの点灯時間を演算してパルス信号を出力する。
【００４１】
したがって、白黒用のＬＥＤ表示装置は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、安価にＲＧＢの発光ダイオード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ものである。また、従来の赤色、緑色のみを用いたＬＥＤ表示器に比べ人間の目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ないことは言うまでもない。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
ＬＥＤチップは、発光層として発光ピークが４５０ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を用いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上に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法で窒化物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型やｐ型導電性の半導体を形成させる。発光素子としてはｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層と、ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるクラッド層、コンタクト層を形成させた。ｎ型コンタクト層とｐ型クラッド層との間に厚さ約３ｎｍであり、単一量子構造となるノンドープＩｎＧａＮの活性層を形成した。（なお、サファイア基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
【００４３】
エッチングによりサファイア基板上のＰＮ各半導体コンタクト層の表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極をそれぞれ形成させた。サファイア基板の半導体が形成されていない表面にスパッタリング法によりＡｇを形成させた。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ＬＥＤチップを形成させた。
【００４４】
ダイボンド部材としてエポキシ樹脂を用いてＬＥＤチップをダイボンディング機器で銀メッキした銅製リードフレームの先端カップ内にダイボンドした。ＬＥＤチップの各電極と、カップが設けられたマウント・リードやインナー・リードと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。
【００４５】
一方、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°Ｃ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。
【００４６】
形成された（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光物質７５重量部、エラストマー状シリコーン樹脂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ＬＥＤチップが配置されたマウント・リード上のカップ内に０．２μｌ注入させた。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を１５０℃１時間で硬化させた。こうしてＬＥＤチップ上に厚さ１２０μの蛍光物質が含有された色変換部材が形成された。その後、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色変換部材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。
【００４７】
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色度点、色温度、演色性指数を測定した。それぞれ、色度点（ｘ＝０．３９２、ｙ＝０．４８０）、色温度８０７０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８５．７を示した。また、発光効率は９．８ ｌｍ／ｗであった。寿命試験として、温度２５℃２０ｍＡ通電、温度２５℃６０ｍＡ通電の各試験においても長時間にわたって、発光出力が維持できることを確認した。
【００４８】
（比較例１）
反射部材を設けず色変換部材の基材をエポキシ樹脂のみとした以外は実施例１と同様にして発光ダイオードを形成させた。こうして形成された発光ダイオードを実施例１と同様にして寿命試験を行い実施例１と共に図６に示す。
【００４９】
（実施例２）
本願発明の発光ダイオードを図４の如くＬＥＤ表示器５０１の１つであるディスプレイに利用した。実施例１と同様にして形成させた発光装置である発光ダイオード４０１を銅パターンを形成させたポリカーボネート基板上に、１６×１６のマトリックス状に配置させた。基板と発光ダイオード４０１とは自動ハンダ実装装置を用いてハンダ付けを行った。次にフェノール樹脂によって形成された筐体４０４内部に配置し固定させた。遮光部材４０５は、筐体４０４と一体成形させてある。発光ダイオード４０１の先端部を除いて筐体４０４、発光ダイオード４０１、基板及び遮光部材４０５の一部をピグメントにより黒色に着色したシリコンーゴム４０６によって充填させた。その後、常温、７２時間でシリコーンゴムを硬化させＬＥＤ表示器５０１を形成させた。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ＲＡＭ５０４（Random Access Memory）及びＲＡＭ５０４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５０３と階調制御回路５０３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５０２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表示器を駆動させ白黒ＬＥＤ表示装置として駆動できることを確認した。
【００５０】
【発明の効果】
本願発明の構成とすることにより高出力且つ高エネルギーで発光可能な窒化物系化合物半導体を利用したＬＥＤチップと蛍光物質とを利用した発光ダイオードとした場合においても、長時間高輝度時の使用下においても発光効率の低下が極めて少ない発光ダイオードとすることができる。
【００５１】
本願発明の構成とすることにより、接着性を持たせつつより簡便に高輝度、長時間の使用においても発光効率の低下が極めて少ない種々の発光ダイオードとすることができる。
【００５２】
本願発明の構成とすることにより、種々の形状の発光ダイオードとすることができる。蛍光物質の含有量や形状などにより種々の色調を調整させることもできる。
【００５３】
本願発明の構成とすることにより、より耐光性が強く簡便に高輝度、長時間の使用においても発光効率の低下が極めて少ない種々の発光ダイオードとすることができる。
【００５４】
本願発明により、比較的安価で高精細なＬＥＤ表示装置や視認角度によって色むらの少ないＬＥＤ表示装置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の模式的断面図である。
【図２】図２は、本願発明の他の発光ダイオードの模式的断面図である。
【図３】図３は、発光ダイオードにおける光閉じこめを説明するための模式的拡大図である。
【図４】図４は、本願発明の発光ダイオードを用いたＬＥＤ表示装置の模式図である。
【図５】図５は、図４に用いられるＬＥＤ表示器のブロック図である。
【図６】図６（Ａ）は、本願発明の実施例１と比較のために示した比較例１の発光ダイオードとの温度２５℃２０ｍＡ通電における寿命試験を示し、図６（Ｂ）は、本願発明の実施例１と比較のために示した比較例１の発光ダイオードとの温度２５℃６０ｍＡ通電における寿命試験を示したグラフである。
【符号の説明】
１０１、２０１・・・反射部材
１０２、２０２・・・色変換部材
１０３、２０３、３０３・・・ＬＥＤチップ
１０４・・・基板であるマウント・リード
１０５・・・インナー・リード
１０６、２０６・・・モールド部材
１０７、２０７、３０７・・・ダイボンド部材
２０４・・・パッケージ
３２１・・・色変換部材の基材
３２２・・・蛍光物質
３３０・・・樹脂劣化した着色部[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to a light-emitting diode used for a backlight of a display, an illumination operation switch, an LED display, and the like, and more particularly to a light-emitting diode that can emit light with high brightness for a long time using a fluorescent material.
[0002]
[Prior art]
  A light-emitting element (hereinafter also referred to as an LED chip) emits light of a bright color efficiently with a small size. Moreover, since it is a semiconductor element, there is no ball breakage. It has excellent initial drive characteristics and is resistant to vibration and repeated ON / OFF lighting. Therefore, it is used as various indicators and various light sources. However, since the LED chip has a monochromatic emission peak, even when only white light emission is obtained, two or more types of light emitting elements have to be used.
[0003]
  In view of this, the present applicant has disclosed a Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-152609 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-99345 as light-emitting diodes that emit various emission colors such as white using an LED chip having a monochromatic emission peak and a fluorescent material. The light-emitting diode described in the gazette was developed.
[0004]
  In these light emitting diodes, an LED chip having a relatively large energy band gap in a light emitting layer is disposed on a cup provided at the tip of a lead frame by a die bond member or the like. 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 into a resin mold that covers the LED chip is included to form a color conversion member.
[0005]
  Thereby, it is possible to obtain a light emitting diode in which the light emitted from the LED chip is wavelength-converted by the phosphor. For example, a light emitting diode capable of emitting white light can be obtained by mixing light from a blue LED chip and light from a fluorescent material that absorbs the light and emits yellow light in a complementary color relationship. These light-emitting diodes can be light-emitting diodes that emit sufficient luminance even when used as light-emitting diodes that emit white light.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  However, as the field of application of light-emitting diodes expands, there is a need for light-emitting diodes that can emit light with higher reliability and longer duration and higher brightness. In particular, a light emitting diode using a fluorescent material tends to emit light more efficiently as the emission wavelength from the light emitting layer is shorter, although it depends on the fluorescent material. On the other hand, various synthetic resins are used for mold members, color conversion members, die bond members, and the like used for light-emitting diodes because of ease of handling. Synthetic resins generally tend to deteriorate and become colored when the emission wavelength emitted from the LED chip becomes shorter. In particular, die-bond members must also take account of adhesiveness, and at present there are none that sufficiently satisfy both weather resistance and adhesion. Accordingly, there is a problem that the light emission luminance of the light emitting diode may be lowered when the light emission intensity of the light emitting diode using the fluorescent material is further improved and used for a long time. The present invention solves the above-mentioned problems, and emits light even in a brighter and longer usage environment.efficiencyAn object of the present invention is to provide a light emitting diode in which the decrease in the resistance is extremely small.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionA substrate, a semiconductor light emitting device die-bonded with a synthetic resin on the substrate, and the semiconductor light emitting device absorbs blue light emitted from the semiconductor light emitting device and converts the wavelength to emit light. A light emitting diode having a color conversion member containing a fluorescent material, and a semiconductor light emitting element is formed on sapphire and a sapphire as a translucent substrate for forming a nitride compound semiconductor, and can emit blue light A light emitting layer made of a nitride compound semiconductor, and a light emitted from the semiconductor light emitting element, which is provided on the synthetic resin side facing the nitride compound semiconductor via sapphire, and reflected from the fluorescent material. And a reflecting member that reflects yellow light from a fluorescent material that is complementary to blue light, the substrate is a material that reflects light, and the synthetic resin is light transmissive.
The reflecting member can be a metal selected from aluminum, silver, and platinum, or an alloy thereof. Further, the synthetic resin can be an epoxy resin. Furthermore, synthetic resins are silver, gold, aluminum, copper, ITO, SnO. 2 ZnO 2 You may contain at least 1 sort (s) selected from these. On the other hand, the fluorescent material can be an yttrium, aluminum, garnet phosphor activated by cerium. A part of yttrium may be substituted with one selected from gadolinium, ruthenium, scandium and lanthanum. Alternatively, a part of aluminum can be replaced with one selected from gallium, indium, boron, and tellurium. Alternatively, Tb and / or Cr can be included in addition to cerium. On the other hand, the color conversion member may be any of elastomeric or gel-like silicone resin, amorphous fluororesin, and translucent polyimide resin.
[0008]
Alternatively, a light-emitting diode having an LED chip fixed on a substrate by a die-bonding member, and a color conversion member containing a fluorescent material that absorbs at least a part of light emitted from the LED chip and converts the wavelength to emit light, The LED chip has a nitride-based compound semiconductor on one side of the translucent substrate, a reflective member is provided on the other side of the translucent substrate, and the color conversion member is made of a transparent resin or glass. The base material may contain a diffusing agent in addition to the fluorescent material. Moreover, it can also be set as the LED display apparatus which has the LED display which has arrange | positioned the light emitting diode of this invention in matrix form, and the drive circuit electrically connected with this LED display.
[0009]
[Action]
  In the present invention, by providing a reflective member on a light-transmitting substrate of an LED chip, light utilization efficiency is improved while preventing deterioration of the die bond member due to light. In particular, the function is separated into the light reflectivity of the light emitting diode and the adhesive property of the adhesive.
[0010]
  Further, in addition to the present invention, a color conversion member is configured using a light-resistant base material to suppress the coloring of the base material due to light from the LED chip, light reflected by the fluorescent material, etc.efficiencyCan be prevented.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  As a result of various experiments, the inventor of the present application has found that the output decrease of the light emitting diode in a high-brightness and long-time use environment is due to the deterioration of the color conversion member and the die-bonding member disposed in the immediate vicinity of the LED chip. Invented the invention.
[0012]
  In a light emitting diode using a fluorescent material, the light density is extremely different from a normal light emitting diode not using a fluorescent material. That is, in the light emitting diode using a fluorescent material as shown in FIG. 3, all the light emitted from the LED chip 303 does not pass through the color conversion member formed of synthetic resin or the like as it is. The light from the LED chip 303 is reflected by the fluorescent material 322 provided in the vicinity of the LED chip 303 or the like. Alternatively, the light isotropically emitted as light excited by the fluorescent material 322. Furthermore, the light from the light emitting diode passes through the die bond resin and is reflected by a substrate or the like using a material with high reflectivity to improve optical characteristics. Further, it is also reflected by a difference in refractive index of a die bond member or the like. Therefore, the light is partially confined in the vicinity of the LED chip 303, and the light density in the vicinity of the LED chip becomes extremely high. Therefore, the color conversion member and die bond member in the vicinity of the pole of the LED chip 303 are particularly deteriorated and colored 330 or the like.efficiencyIs expected to decrease.
[0013]
  According to the present invention, by suppressing deterioration of a color conversion member, a die bonding member, and the like in the vicinity of the LED chip, it is possible to provide a light emitting diode with extremely low output reduction even under a high luminance and long-time use environment.
[0014]
  An example of a specific light emitting diode of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a chip type LED. An LED chip was die-bonded and electrically connected to an electrode provided in a ceramic package using a die-bonding member 207. As the LED chip, one having a nitride compound semiconductor capable of emitting blue light on one side of a SiC substrate was used. Note that Ag is plated on the other surface of the SiC substrate. In addition, Ag-containing silicone resin was used for the die bond member 201. The remaining electrode of the LED chip 203 and the external electrode 209 provided in the package are wire-bonded with a gold wire.
[0015]
  The package 204 is provided with a cavity lowered one step inside. In the cavity, a light-transmitting polyimide resin containing a fluorescent material is injected as the color conversion member 202 to form a light emitting diode. As the fluorescent material, cerium-activated yttrium / aluminum / garnet phosphor was used.
[0016]
  By supplying power to the external electrode 209 of the light emitting diode, light can be emitted from the LED chip 203 and the fluorescent material can be excited by the light from the LED chip 203 to emit light. Since the blue light from the LED chip 203 and the yellow light from the fluorescent material have a complementary color relationship, a white light emission color can be obtained. Such a light emitting diode can emit light with high brightness for a long period of time because it is less colored due to resin degradation. The constituent members of the present invention will be described in detail below.
[0017]
(Reflection member 201)
  The reflection member 201 used in the present invention is provided so as not to directly irradiate the light emitted from the semiconductor light emitting layer to the die bond resin and to reflect the light efficiently on the light emission observation surface side.
[0018]
  Such reflective members include In, Cu, Ir, Pd, Rh, W, Mo, Ti, Ni, Al, Ag, Pt, and other metals and alloys, TiO.2, SiO2, BaF2It can be formed of a dielectric multilayer film in which dielectric materials such as the above are laminated. In particular, Al, Ag, Pt and TiO2, SiO2, BaF2A reflecting member using a dielectric material such as the above is more preferable because it can efficiently reflect the emission wavelength emitted from the light emitting layer of the nitride-based compound semiconductor and can be formed relatively easily. Such a reflecting member can be easily formed on the translucent substrate by vapor deposition film technology such as vapor deposition or sputtering.
[0019]
(Die bond members 107, 207, 307)
  The die bond member 107 used in the present invention is used to bond the LED chip 103 and the substrate 104. Therefore, the die bond member 107 is desired to have high adhesion to the substrate and the LED chip 103. As a specific synthetic resin used for the die bond member, a one-component, two-component epoxy resin, a one-component, or two-component silicone resin is preferably used.
[0020]
  Alternatively, the LED chip and the substrate may be electrically connected using the die bond member 107. In this case, silver, gold, aluminum, copper, ITO, SnO in the die bond member2ZnO2It is preferable to contain at least one selected from the above. In particular, silver, gold, aluminum, copper, and the like can impart conductivity and improve heat dissipation.
[0021]
  Such a die bond member 107 can be easily applied by using a die bonder to bond the LED chip 103 and the substrate 104.
[0022]
(Color conversion members 102 and 202)
  The color conversion member 102 used in the present invention contains a fluorescent material 322 that converts at least a part of light from the LED chip 103. As the base material of the color conversion member 102, it is preferable to efficiently transmit light from the LED chip 103 or light from the fluorescent material and to have good light resistance. Furthermore, when it functions as a color conversion member and is also used as a molding material or the like, a material that is strong against external force, moisture and the like in an external environment is preferable. As a specific material for such a substrate 321, a transparent resin or glass excellent in weather resistance such as an elastomeric or gel-like silicone resin, an amorphous fluororesin, or a translucent polyimide resin is preferably used. Since the color tone of light emitted from the light emitting diode changes depending on the amount of the color conversion member 102, an elastomeric or gel-like silicone resin is more preferable from the viewpoint of operability.
[0023]
  The color conversion member can be covered by direct contact with the LED chip 103, or can be provided with another synthetic resin interposed therebetween. Further, a coloring pigment, a coloring dye, or a diffusing agent may be contained together with the fluorescent substance 322. The color can also be adjusted by using a coloring pigment or coloring dye. Inclusion of a diffusing agent can increase the directivity angle. Specific examples of the diffusing agent include inorganic barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, and organic guanamine resins.
[0024]
(Fluorescent substance 322)
  The fluorescent material 322 used in the present invention is for converting visible light or ultraviolet light emitted from a nitride compound semiconductor into another emission wavelength. Accordingly, various types are used according to the emission wavelength emitted from the light emitting layer used in the LED chip 103 and the desired emission wavelength emitted from the light emitting diode. In particular, white light can be emitted when the light emitted from the LED chip 103 and the light from the fluorescent material 322 excited and emitted by the light from the LED chip 103 are in a complementary color relationship.
[0025]
  Examples of such fluorescent materials 322 include yttrium, aluminum, and garnet fluorescent materials activated with cerium, zinc cadmium sulfide activated with perylene derivatives, copper and aluminum, and magnesium oxide and titanium activated with manganese. There are various types. These fluorescent materials may be used alone or in combination of two or more.
[0026]
  In particular, since the yttrium / aluminum / garnet fluorescent material activated with cerium has a garnet structure, the yttrium / aluminum / garnet fluorescent material is resistant to heat, light, and water, and can have an excitation spectrum peak at around 450 nm. In addition, the emission peak is in the vicinity of 530 nm and the like, and a broad emission spectrum that extends to 700 nm can be provided. Moreover, the emission wavelength is shifted to the short wavelength side by substituting part of Al of the composition with Ga, and the emission wavelength is shifted to the long wavelength side by substituting part of Y of the composition with Gd. Can do. By changing the composition in this way, various emission wavelengths can be obtained continuously, which is particularly preferable as the fluorescent material of the present invention.
[0027]
  In addition, in order to adjust the emission wavelength to the long wavelength or short wavelength side as desired, part of yttrium can be replaced with Lu, Sc, La, or part of aluminum can be replaced with In, B, Tl. It can also be made. Furthermore, in addition to cerium, a small amount of Tb or Cr can be contained to adjust the absorption wavelength.
[0028]
  When yttrium / aluminum / garnet fluorescent material activated with cerium is used, the irradiance placed in contact with or close to the LED chip 103 is (Ee) = 3 W · cm-210W ・ cm-2A light-emitting diode having sufficient light resistance can be configured with high efficiency even at the following high irradiation intensity.
[0029]
(LED chips 103 and 203)
  As the LED chip 103 used in the present invention, a semiconductor light emitting device having a relatively high band energy that can efficiently excite various fluorescent materials 322 can be preferably cited. As such a semiconductor light emitting device, a nitride compound semiconductor formed by MOCVD or the like is used. Nitride compound semiconductor is InnAlmGa1-nmN (where 0 ≦ n, 0 ≦ m, n + m ≦ 1) is formed as the light emitting layer. 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.
[0030]
  For the substrate on which the nitride compound semiconductor is formed, materials such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, and gallium nitride single crystal can be used. In order to form a gallium nitride based semiconductor with good crystallinity, it is preferable to use a sapphire substrate, and it is desirable to form a buffer layer in order to correct lattice mismatch with the sapphire substrate. The buffer layer can be formed of aluminum nitride or gallium nitride formed at a low temperature.
[0031]
  Examples of a light emitting device having a pn junction using a nitride-based compound semiconductor include a first contact layer formed of n-type gallium nitride and a first cladding formed of n-type aluminum nitride / gallium on a buffer layer. A layer, an active layer formed of indium / gallium nitride, a second cladding layer formed of p-type aluminum nitride / gallium, and a second contact layer formed of p-type gallium nitride are sequentially stacked. it can.
[0032]
  The nitride compound 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. Since a gallium nitride compound semiconductor is difficult to be converted into a p-type simply by doping with a p-type dopant, it is preferable to convert it into a p-type by heating in a furnace, low-energy electron beam irradiation, plasma irradiation, or the like after introduction of the p-type dopant.
[0033]
  In the case of a semiconductor light emitting device using an insulating substrate, the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are exposed to remove a part of the insulating substrate or to take p-type and n-type electrode surfaces from the semiconductor surface side. Each surface is formed by etching or the like. Each electrode having a desired shape is formed on each semiconductor layer by using a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like. The electrode provided on the light emitting surface side may be patterned so as to surround the light emitting region without being entirely covered, or a transparent electrode such as a metal thin film or a metal oxide may be used. The light-emitting element formed in this way can be used as it is, or it can be used as an LED chip divided individually.
[0034]
  When using as an individually divided LED chip, 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. After that (half cut), the semiconductor wafer is broken by external force. 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. Thus, an LED chip can be formed.
[0035]
  In the light emitting diode of the present invention, when considering a resin deterioration, a complementary color relationship with a fluorescent material such as white, etc., 400 nm or more and 530 nm or less are preferable, and 420 nm or more and 490 nm or less are more preferable. In order to further improve the efficiency of the LED chip and the fluorescent material, 430 nm or more and 475 nm or less are more preferable.
[0036]
(Substrate 104)
  The substrate 104 used in the present invention preferably has a high reflectance in order to place the LED chip 103 and effectively use light. Accordingly, it is sufficient that the size is sufficient for bonding with the die bond member, and various shapes and materials can be used as desired. Specifically, a lead frame used for a light emitting diode, a chip type LED package, or the like is preferably used.
[0037]
  One LED chip 103 may be disposed on the substrate 104, or two or more LED chips 103 may be disposed. Further, an LED chip having a plurality of emission wavelengths can be arranged in order to adjust the emission wavelength. When an LED chip or the like using a nitride-based compound semiconductor formed on SiC is disposed, sufficient electrical conductivity can be obtained along with adhesion. Moreover, when connecting the electrode of LED chip 103 with the lead frame etc. which become the board | substrate 104 using an electroconductive wire, it is preferable that connectivity with an electroconductive wire etc. is good.
[0038]
  Specific examples of such substrates include materials such as lead frames and packages, such as aluminum and iron plated with iron, copper, iron-containing copper, tin-containing copper, copper gold and silver, and ceramics and various synthetic resins. Can be formed into various shapes. Moreover, you may comprise a reflection member using a part of board | substrate.
[0039]
(Conductive wire)
  The conductive wire 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, the diameter of the conductive wire 107 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 103 to the inner lead, the mount lead, and the like by a wire bonding device.
[0040]
(Display device)
  When the light emitting diode of the present invention is used for an LED display, only a white light emitting diode can be used as an LED display device. That is, the black-and-white LED display 501 can be configured by arranging only the light-emitting diodes of the present invention capable of emitting white light as shown in FIGS. In this display device, the LED display can be configured only as a light emitting diode driving circuit capable of emitting white light. The LED display is electrically connected to a lighting circuit that is a driving circuit. A display that can display various images by an output pulse from the driving circuit can be used. The driving circuit includes a RAM (Random Access Memory) 504 that temporarily stores input display data, and gradation signals for lighting individual light emitting diodes to a predetermined brightness from the data stored in the RAM 504. A gradation control circuit 503 that performs calculation and a driver 502 that is switched on by an output signal of the gradation control circuit 503 and turns on a light emitting diode are provided. The gradation control circuit 503 calculates the lighting time of the light emitting diode from the data stored in the RAM and outputs a pulse signal.
[0041]
  Therefore, unlike a full-color RGB display, a monochrome LED display device can naturally have a simplified circuit configuration and high definition. Therefore, it is possible to provide a display that does not have uneven color due to the characteristics of RGB light emitting diodes at low cost. Moreover, compared with the conventional LED display using only red and green, there is less irritation to human eyes 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.
[0042]
【Example】
Example 1
  The LED chip has an emission peak of 450 nm as an emission layer.0.2Ga0.8N semiconductor was used. The LED chip is formed by depositing a nitride compound semiconductor by MOCVD by flowing TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and dopant gas together with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate. Formed. SiH as dopant gasFourAnd Cp2An n-type or p-type conductive semiconductor is formed by switching to Mg. As the light-emitting element, a contact layer that is a gallium nitride semiconductor having n-type conductivity, a cladding layer that is a gallium nitride semiconductor having p-type conductivity, and a contact layer were formed. A non-doped InGaN active layer having a thickness of about 3 nm and having a single quantum structure was formed between the n-type contact layer and the p-type cladding layer. (Note that a gallium nitride semiconductor is formed on the sapphire substrate at a low temperature to serve as a buffer layer. The p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.)
[0043]
  After exposing the surface of each PN semiconductor contact layer on the sapphire substrate by etching, each electrode was formed by sputtering. Ag was formed on the surface of the sapphire substrate on which the semiconductor was not formed by a sputtering method. The semiconductor wafer thus completed was drawn with a scribe line and then divided by external force to form LED chips.
[0044]
  An epoxy resin was used as a die-bonding member, and the LED chip was die-bonded into a tip cup of a copper lead frame that was silver-plated with a die bonding apparatus. Each LED chip electrode and a mount lead or inner lead provided with a cup were wire-bonded with gold wires to establish electrical continuity.
[0045]
  On the other hand, the fluorescent material was co-precipitated with oxalic acid by dissolving a rare earth element of Y, Gd, and Ce in acid at a stoichiometric ratio. 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.
[0046]
  Formed (Y0.8Gd0.2)ThreeAlFiveO12: 75 parts by weight of Ce phosphor and 100 parts by weight of elastomeric silicone resin were mixed well to form a slurry. 0.2 μl of this slurry was injected into the cup on the mount lead where the LED chip was placed. After the injection, the resin containing the fluorescent material was cured at 150 ° C. for 1 hour. Thus, a color conversion member containing a fluorescent material having a thickness of 120 μm was formed on the LED chip. Thereafter, a translucent epoxy resin was formed as a mold member for the purpose of further 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 color conversion member was formed into a shell-shaped mold and mixing a light-transmitting epoxy resin.
[0047]
  The chromaticity point, color temperature, and color rendering index of the light-emitting diode capable of emitting white light were measured. The chromaticity point (x = 0.392, y = 0.480), the color temperature 8070K, and Ra (color rendering index) = 85.7, respectively. Also, light emissionefficiencyWas 9.8 lm / w. As a life test, it was confirmed that the light emission output could be maintained for a long time in each test of energization at a temperature of 25 ° C. and 20 mA and a temperature of 25 ° C. and 60 mA.
[0048]
(Comparative Example 1)
  A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 1 except that the reflective member was not provided and the base material of the color conversion member was only epoxy resin. The light emitting diode thus formed was subjected to a life test in the same manner as in Example 1 and shown in FIG.
[0049]
(Example 2)
  The light emitting diode of the present invention was used in a display which is one of the LED displays 501 as shown in FIG. Light emitting diodes 401, which are light emitting devices formed in the same manner as in Example 1, were arranged in a 16 × 16 matrix on a polycarbonate substrate on which a copper pattern was formed. The substrate and the light emitting diode 401 were soldered using an automatic solder mounting apparatus. Next, it was placed and fixed inside the housing 404 formed of phenol resin. The light shielding member 405 is integrally formed with the housing 404. Except for the tip of the light emitting diode 401, the casing 404, the light emitting diode 401, the substrate, and a part of the light shielding member 405 were filled with silicon rubber 406 colored black by pigment. Thereafter, the silicone rubber was cured at room temperature for 72 hours to form an LED display 501. The LED display, a RAM 504 (Random Access Memory) that temporarily stores input display data, and a level for calculating a gradation signal for lighting the light emitting diode to a predetermined brightness from the data stored in the RAM 504. An LED display device is configured by electrically connecting a CPU driving means having a driver 502 that turns on a light-emitting diode by being switched by an output signal of the gradation control circuit 503 and the gradation control circuit 503. It was confirmed that the LED display can be driven to drive as a monochrome LED display device.
[0050]
【The invention's effect】
  Invention of the present applicationofEven when the LED chip using a nitride compound semiconductor that can emit light with high output and high energy by using a configuration and a light emitting diode using a fluorescent material, it emits light even when used at high brightness for a long time. A light-emitting diode with very little reduction in efficiency can be obtained.
[0051]
  By adopting the configuration of the present invention, it is easier to emit light even when used for a long time with high brightness while having adhesiveness.efficiencyVarious light-emitting diodes in which the decrease in the resistance is extremely small can be obtained.
[0052]
  With the configuration of the present invention, light emitting diodes having various shapes can be obtained. Various color tones can be adjusted depending on the content and shape of the fluorescent substance.
[0053]
  By adopting the configuration of the present invention, it has a strong light resistance and easily emits light even when used for a long time with high brightness.efficiencyVarious light-emitting diodes in which the decrease in the resistance is extremely small can be obtained.
[0054]
  According to the present invention, a relatively inexpensive and high-definition LED display device or an LED display device with little color unevenness depending on the viewing angle can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light-emitting diode according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another light emitting diode of the present invention.
FIG. 3 is a schematic enlarged view for explaining light confinement in a light-emitting diode.
FIG. 4 is a schematic view of an LED display device using a light emitting diode of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an LED display used in FIG. 4;
6 (A) shows a life test at a temperature of 25 ° C. and 20 mA with the light emitting diode of Comparative Example 1 shown for comparison with Example 1 of the present invention, and FIG. It is the graph which showed the lifetime test in temperature 25 degreeC60mA electricity supply with the light emitting diode of the comparative example 1 shown for comparison with Example 1 of this invention.
[Explanation of symbols]
101, 201 ... reflective member
102, 202 ... Color conversion member
103, 203, 303 ... LED chip
104 ... Mount lead as substrate
105 ... Inner lead
106, 206 ... Mold member
107, 207, 307 ... die bond members
204 ... Package
321 ... Base material of color conversion member
322 ... Fluorescent substance
330... Colored portion with deteriorated resin

Claims (9)

基板と、
前記基板上に、合成樹脂によってダイボンドさせた半導体発光素子と、
前記半導体発光素子上に、前記半導体発光素子が発光する青色系光を吸収し波長変換して発光する蛍光物質を含む色変換部材と
を有する発光ダイオードであって、
前記半導体発光素子は、
窒化物系化合物半導体を形成させる透光性基体としてサファイアと、
前記サファイア上に形成され、青色系光が発光可能な窒化物系化合物半導体からなる発光層と、
前記サファイアを介して前記窒化物系化合物半導体と対向する前記合成樹脂側に設けられ、且つ前記半導体発光素子が発光する光、前記蛍光物質によって反射された半導体発光素子からの光、及び青色系光と補色となる前記蛍光物質からの黄色系光を反射する反射部材と
を備えており、
前記基板は、光を反射する材料であり、
前記合成樹脂は、光透過性を備える
ことを特徴とする白色系が発光可能な発光ダイオード。 A substrate,
On the substrate, a semiconductor light emitting element was die-bonded by a synthetic resin,
Wherein on the semiconductor light emitting device, the semiconductor light emitting element is a light emitting diode and a color conversion member comprising a fluorescent material that absorbs blue light and emits light with a wavelength conversion that emit light,
The semiconductor light-
Sapphire as a translucent substrate for forming a nitride compound semiconductor,
A light emitting layer formed on the sapphire and made of a nitride compound semiconductor capable of emitting blue light; and
Light emitted from the semiconductor light-emitting element, which is provided on the synthetic resin side facing the nitride-based compound semiconductor via the sapphire, and reflected by the fluorescent material , and blue light and it has a <br/> a reflection member for reflecting the yellow light from the fluorescent substance of complementary color,
The substrate is a material that reflects light,
The light-emitting diode capable of emitting white light, wherein the synthetic resin is light transmissive . 請求項１に記載の発光ダイオードであって、
前記反射部材は、アルミニウム、銀、白金から選択される金属又はその合金であることを特徴とする発光ダイオード。 The light-emitting diode according to claim 1,
The reflecting member, aluminum, silver, light emitting diode, which is a metal or an alloy selected from platinum. 請求項１又は２に記載の発光ダイオードであって、
前記合成樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする発光ダイオード。 The light-emitting diode according to claim 1 or 2,
The synthetic resin, light emitting diodes, characterized in that an epoxy resin. 請求項１から３のいずれかに記載の発光ダイオードであって、
前記合成樹脂は、銀、金、アルミニウム、銅、ＩＴＯ、ＳｎＯ 2 、ＺｎＯ 2 から選択される少なくとも１種を含有していることを特徴とする発光ダイオード。 The light-emitting diode according to any one of claims 1 to 3,
The synthetic resin, silver, gold, aluminum, copper, ITO, light emitting diodes, characterized by containing at least one member selected from SnO 2, ZnO 2. 請求項１から４のいずれかに記載の発光ダイオードであって、
前記蛍光物質は、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体であることを特徴とする発光ダイオード。 The light-emitting diode according to claim 1,
2. The light emitting diode according to claim 1 , wherein the fluorescent material is an yttrium / aluminum / garnet phosphor activated by cerium. 請求項５に記載の発光ダイオードであって、
前記イットリウムの一部はガドリニウム、ルテニウム、スカンジウム、ランタンから選択される１種で置換されてなることを特徴とする発光ダイオード。 The light emitting diode according to claim 5,
Gadolinium is a part of the yttrium, ruthenium, scandium, light emitting diodes, characterized by comprising substituted with one selected from lanthanum. 請求項５に記載の発光ダイオードであって、
前記アルミニウムの一部は、ガリウム、インジウム、ボロン、テルルから選択される１種で置換されてなることを特徴とする発光ダイオード。 The light emitting diode according to claim 5,
The portion of the aluminum, gallium, indium, boron, light emitting diodes, characterized by comprising substituted with one selected from tellurium. 請求項５に記載の発光ダイオードであって、
前記セリウムに加えてＴｂ及び／又はＣｒを有することを特徴とする発光ダイオード。 The light emitting diode according to claim 5,
A light emitting diode comprising Tb and / or Cr in addition to the cerium. 請求項１から８のいずれかに記載の発光ダイオードであって、  The light-emitting diode according to any one of claims 1 to 8,
前記色変換部材がエラストマー状或いはゲル状シリコーン樹脂、アモルファスフッ素樹  The color conversion member is an elastomeric or gel-like silicone resin, an amorphous fluorine resin 脂、透光性ポリイミド樹脂のいずれかであることを特徴とする発光ダイオード。A light-emitting diode characterized by being either fat or translucent polyimide resin.
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