JPH10112557A - 発光装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

発光装置及びそれを用いた表示装置

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JPH10112557A
JPH10112557A JP26645096A JP26645096A JPH10112557A JP H10112557 A JPH10112557 A JP H10112557A JP 26645096 A JP26645096 A JP 26645096A JP 26645096 A JP26645096 A JP 26645096A JP H10112557 A JPH10112557 A JP H10112557A
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JP
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light
led chip
fluorescent substance
light emitting
afterglow
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Shinji Kumeta
眞次 久米田
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、LEDチップからの発光の少なく
とも一部を変換して発光させる蛍光物質を有し使用環境
によらず高輝度、高効率且つ残光性を有する発光装置及
びそれを用いた表示装置に関する。 【解決手段】本願発明は、発光層が窒化ガリウム系化合
物半導体である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
光物質と、を有する発光装置であって、前記LEDチッ
プの主発光ピークが360nmから530nm内である
と共に、前記蛍光物質が2価のユーロピウムで付活され
化学組成式が、(M1-p-qEupq)O・n(Al1-m
m23の発光装置である。但し、組成式中のMは2価
金属であり、Qは共付活剤である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、バックライト光源、
LED表示器、照光式スイッチ及び各種インジケータな
どに利用される発光装置に係わり、特に発光素子である
LEDチップからの発光の少なくとも一部を変換して発
光させる蛍光物質を有し使用環境によらず高輝度、高効
率且つ残光性を有する発光装置及びそれを用いた表示装
置に関する。
【0002】
【従来技術】今日、トランシーバー、カメラ、ポケベ
ル、ポータブルラジオ、ビデオデッキやノート型パソコ
ンなどの携帯用電子機器の発達に伴い操作性や視認性向
上のために種々の表示装置が設けられている。この表示
の一つに液晶装置を利用したものがあり、暗所において
も使用できるようバックライトが設けられてある。この
ようなバックライトは、携帯用電子機器用のバックライ
トはその消費電力を低下させればさせるほど使用時間な
どが増えるなどのメリットがあるため、特に低消費電力
且つ高輝度に発光することが求められる。このような、
バックライト光源の一つにLEDチップからの光源を面
状などに発光させることによって高輝度に発光させるも
のがある。LEDチップは、小型で効率が良く鮮やかな
色の発光をする。また、半導体素子であるため球切れな
どの心配がない。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利用したバックライ
ト光源などとすることができる。
【0003】一方、消防法施行令と全国各都市の火災防
止条例などで、劇場、旅館など人の多く集まる場所に誘
導灯の設置が義務づけられている。地震、火災などの災
害やその他の突発事故により、常用の電源が断たれた場
合、自動的に予備電源に切り替わり20分以上の点灯が
必要とされる。このような誘導灯にも高輝度低消費電力
であるLEDチップの特性を生かした表示器とすること
もできる。
【0004】しかしながら、LEDチップを用いて形成
させたバックライトなどは半導体発光素子であり、低消
費電力とはいえ電池電力を消費する。そのため電池電源
の蓄電量が少ない場合において、より長く駆動させるた
めには大きな負荷となる場合がある。また、災害時に表
示器の予備電源が破壊され、あるいは給電回路が破線な
どすると消灯してしまう場合もある。したがって、電力
が少ない場合や給電回路などが停止した場合において
も、十分な明るさを表示できる表示器が求められてい
る。
【0005】
【発明が解決する課題】このような要請に沿う表示装置
として、発光ダイオードと、それによって励起される蛍
光物質とを有する表示装置が考えられる。
【0006】しかしながら、LEDチップは半導体の組
成や構造などによって種々の発光波長を有するものがあ
る。同様に、LEDチップによって励起される蛍光物質
も、蛍光染料、蛍光顔料さらには有機、無機化合物や残
光性を有するものなど様々なものが挙げられる。
【0007】また、LEDチップ周辺に近接して蛍光物
質を配置する場合は、太陽光よりも約30倍から40
倍、場合によってはそれ以上にも及ぶ強照射強度の光線
にさらされる。特に、発光素子であるLEDチップを高
エネルギーバンドギャップを有する半導体を用い蛍光物
質の変換効率向上や蛍光物質の使用量を減らした場合に
おいては、LEDチップから発光した主発光が可視光域
にあるといっても光エネルギーが必然的に高くなる。ま
た、紫外線領域を発光する場合もあり、発光強度を更に
高め長期に渡って使用すると、蛍光物質自体が劣化しや
すい。同様にLEDチップの近傍に設けられた蛍光物質
は、LEDチップの昇温や外部環境からの加熱など高温
にもさらされる。さらに、発光装置の1種である発光ダ
イオードは一般的に樹脂モールドに被覆されてはいるも
のの外部環境からの水分の進入などを完全に防ぐことや
製造時に付着した水分を完全に除去することはできな
い。蛍光物質によっては、このような水分が発光素子か
らの高エネルギー光や熱によって蛍光物質の劣化を促進
する場合もある。また、蛍光物質が劣化すると蛍光物質
が黒ずみ光の外部取り出し効率が低下するものや著しく
残光性が短くなる場合がある。更には、残光性を示さな
くなる場合もある。したがって、本願発明は上記課題を
解決し、より高輝度、長時間の使用環境下においても発
光光率の低下が極めて少なく残光性を有する発光装置を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願発明は、発光層が窒
化ガリウム系化合物半導体であるLEDチップと、該L
ED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と、を有する発光装置であっ
て、前記LEDチップの主発光ピークが360nmから
530nm内であると共に、前記蛍光物質が2価のユー
ロピウムで付活され化学組成式が、(M1-p-qEu
pq)O・n(Al1-mm23である発光装置であ
る。(但し、0.0001≦p≦0.5、0.0001
≦q≦0.5、0.5≦n≦10、0≦m≦0.5、
0.0002≦p+q≦0.75、組成式中のMはM
g、Ca、Sr、Ba、及びZnからなる2価金属の群
より選ばれた少なくとも1種であり、Qは共付活剤であ
りMn、Zr、Nb、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、
Ho、Er、Tm、Yb、及びLuからなる群より選ば
れた少なくとも1種である。)
【0009】また、マウント・リードのカップ内に配置
させたLEDチップと、該LEDチップと導電性ワイヤ
ーを用いて電気的に接続させたインナー・リードと、前
記カップ内に充填させたコーティング部材と、該コーテ
ィング部材、LEDチップ、導電性ワイヤー及びマウン
ト・リードとインナー・リードの少なくとも一部を被覆
するモールド部材と、を有する発光ダイオードであっ
て、前記LEDチップが窒化ガリウム系化合物半導体で
あり、且つ前記コーティング部材が2価のユーロピウム
で付活され化学組成式が(M1-p-qEupq)O・n
(Al1-mm23である蛍光物質を含有する透光性樹
脂である発光ダイオードである。(但し、0.0001
≦p≦0.5、0.0001≦q≦0.5、0.5≦n
≦10、0≦m≦0.5、0.0002≦p+q≦0.
75、組成式中のMはMg、Ca、Sr、Ba、及びZ
nからなる2価金属の群より選ばれた少なくとも1種で
あり、Qは共付活剤でありMn、Zr、Nb、Pr、N
d、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及び
Luからなる群より選ばれた少なくとも1種である。)
【0010】さらに、上述の発光装置を2以上に配置し
た表示器と、該表示器と電気的に接続させた駆動回路
と、を有する表示装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】本願発明者は、種々の実験の結
果、光エネルギーが比較的高いLEDチップからの発光
の少なくとも一部を蛍光物質によって波長変換させる発
光装置において、特定の半導体及び蛍光物質を選択する
ことにより高輝度、且つ長時間の使用時における光効率
や残光性の低下を防止できることを見出し本願発明を成
すに至った。
【0012】即ち、発光装置に用いられる蛍光物質とし
ては、 1.耐光性に優れていることが要求される。特に、半導
体発光素子などの微小領域から強放射されるために太陽
光の約30倍から40倍にもおよぶ強照射にも十分耐え
る必要がある。2.発光素子近傍に配置されるため温度
特性が良好であること。3.発光装置の利用環境に応じ
て耐候性があること4.発光装置の光、熱などによって
も残光性が低下しないことなどの特徴を有することが求
められる。
【0013】これらの条件を満たすものとして本願発明
は、発光素子の発光層に高エネルギーバンドギャップを
有する窒化ガリウム系化合物半導体素子を、蛍光物質と
して(M1-p-qEupq)O・n(Al1-mm23
用いる。これにより発光素子から放出された可視光域に
おける高エネルギー光を長時間近傍で高輝度に照射した
場合であっても発光輝度や残光性の低下が極めて少ない
発光装置とすることができるものである。
【0014】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の筐体2
04内に窒化ガリウム系半導体を用いたLEDチップ2
02をエポキシ樹脂などを用いて固定させてある。導電
性ワイヤー203として金線をLEDチップ202の各
電極と筐体に設けられた各電極205とにそれぞれ電気
的に接続させてある。(Sr0.952Eu0.03Dy0.015
0.003)O・(Al0.9880.012)23蛍光物質をエポキ
シ樹脂中に混合分散させたものをLEDチップ、導電性
ワイヤーなどを外部応力などから保護するモールド部材
201として均一に硬化形成させる。このような発光装
置に電力を供給させることによってLEDチップ202
を発光させる。LEDチップ202からの発光と、その
発光によって励起された蛍光物質からの発光との混色光
が発光される。LEDチップを消灯後には蛍光物質から
の残光のみによって発光可能な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。
【0015】(蛍光物質)本願発明に用いられる蛍光物
質としては、半導体発光層から発光された電磁波により
励起されて発光する蛍光物質をいう。具体的な蛍光物質
としては、(M1- p-qEupq)O・n(Al1-mm2
3である。使用形態としては、種々のものが挙げられ
る。具体的には、蛍光物質のバルク層内などにLEDチ
ップを閉じこめ蛍光物質層にLEDチップからの光が透
過する開口部を1乃至2以上有する構成の発光装置とし
ても良い。また、蛍光物質の粉体をLEDチップを被覆
する樹脂や硝子中に含有させLEDチップからの光が透
過する程度に薄く形成させても良い。さらには、複数の
発光ダイオードを配置させた発光ダイオード間の周辺部
材中に混合させても良い。蛍光物質の粒径、蛍光物質と
樹脂などとの比率や塗布、充填量を種々調整すること及
び発光素子の発光波長を選択することにより種々の色調
や残光性を選択することができる。
【0016】さらに、蛍光物質の含有分布は、混色性や
耐久性などにも影響する。すなわち、蛍光物質が含有さ
れたコーティング部やモールド部材などの表面側からL
ED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
分による劣化を抑制しやすい。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部
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。
したがって、使用条件などにより蛍光物質の分布濃度
を、種々選択することができる。
【0017】本願発明に利用される蛍光物質は、LED
チップと接する或いは近接して配置された場合において
も十分な耐光性有する。また、LEDチップからの放熱
が大きい場合は、nが1.5から3が特に好ましい。本
願発明の残光性蛍光物質に導入する付活剤及び共付活剤
は、蛍光色及び残光輝度に大きく影響する。したがっ
て、用途に応じて、それぞれ次に示すような範囲に調整
することができる。
【0018】即ち、付活剤のEuの濃度pについては、
蛍光物質1モルに対し、母体のSrを0.0001モル
以上、0.5モル以下置換する範囲に調整することが望
ましい。これは0.0001モルより少ないと光吸収が
悪くなり、その結果残光輝度が低下する傾向にあるから
である。逆に、0.5モルよりも多くなると、濃度消光
を起こし残光輝度が低下する傾向にある。pの範囲が、
0.001≦p≦0.06であることにより、より残光
輝度が高くすることができる。
【0019】共付活剤を導入することによりEuの発光
は残光性を示すようになる。共付活剤としてMn、Z
r、Nb、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、及びLuからなる群より選ばれた少く
なくとも一種が有効である。
【0020】Dyは蛍光物質の母体である2価金属M
が、特にSrの場合に残光性向上に効果的であり、Dy
濃度qの濃度範囲は0.0005以上、0.03以下の
範囲が好ましい。同様に、Ndは蛍光物質の母体である
2価金属Mが、特にCaの場合に残光輝度向上に特に効
果があり、Nd濃度qの範囲は0.0005以上、0.
03以下の範囲が好ましい。これら共付活剤Dy、Nd
に、他の第2に共付活剤を付活することにより相乗効果
を発揮することができる。
【0021】具体的には、第一の共付活剤としてDyを
選択する場合、第2の共付活剤のMn濃度qの好ましい
範囲は0.0001以上、0.06以下で、更に好まし
いのは0.0005以上、0.02以下の範囲である。
また、第一の共付活剤としてDyを選択する場合、第2
の共付活剤のTm濃度qの好ましい範囲は0.0003
以上、0.02以下で、更に好ましいのは0.0004
以上、0.01以下の範囲である。同様に、第一の共付
活剤としてDyを選択する場合、第2の共付活剤のLu
濃度qの好ましい範囲は0.0001以上、0.06以
下で、更に好ましいのは0.0004以上、0.04以
下の範囲である。第一の共付活剤としてDyを選択する
場合、第2の共付活剤のNb濃度qの好ましい範囲は
0.0001以上、0.08以下で、更に好ましいのは
0.0003以上、0.04以下の範囲である。第一の
共付活剤としてDyを選択する場合、第2の共付活剤の
Yb濃度qの好ましい範囲は0.0002以上、0.0
4以下で、更に好ましいのは0.0003以上、0.0
1以下の範囲である。第一の共付活剤としてDyを選択
する場合、第2の共付活剤のZr濃度qの好ましい範囲
は0.002以上、0.70以下である。第一の共付活
剤としてDyを選択する場合、第二の共付活剤のEr濃
度qの好ましい範囲は0.0001以上、0.03以下
である。更に好ましいのは0.0005以上、0.02
以下の範囲である。第一の共付活剤としてDyを選択す
る場合、第2の共付活剤のPr濃度qの好ましい範囲は
0.0001以上、0.04以下である。更に好ましい
のは0.0005以上、0.03以下の範囲である。
【0022】第一の共付活剤としてNdを導入する場
合、第2の共付活剤のTm濃度qの好ましい範囲は0.
0001以上、0.06以下で、更に好ましいのは0.
0005以上、0.02以下の範囲である。第一の共付
活剤としてNdを導入する場合、第2の共付活剤のPr
濃度qの好ましい範囲は0.0001以上、0.06以
下で、更に好ましいのは0.0005以上、0.02以
下の範囲である。第一の共付活剤としてNdを以下導入
する場合、第2の共付活剤のHo濃度qの好ましい範囲
は0.0001以上、0.06以下で、更に好ましいの
は0.0005以上、0.02以下の範囲である。さら
に又、第一の共付活剤としてNdを以下導入する場合、
第2の共付活剤のDy濃度qの好ましい範囲は0.00
01以上、0.06以下で、更に好ましいのは0.00
05以上、0.02以下の範囲である。
【0023】残光性蛍光物質の母体組成について、アル
ミニウムの一部をホウ素で置換することもできる。この
場合、残光特性をさらに大きく改善させることもでき
る。したがって、本願発明に用いられる蛍光物質にはホ
ウ素がアルミニウムの総モル数の01モルから0.5モ
ル置換する範囲が好ましく、より好ましくは、0.00
5モルから0.25モルになる範囲であり、最も好まし
いのは、0.05モル付近である。ホウ素を導入するに
は、アルミニウムをそれに見合う量だけ差し引いて仕込
むことが好ましい。
【0024】本願発明に用いられる残光性蛍光物質は、
原料として例えばSrO、MgO、Al23、Eu23
のような金属酸化物、或いはCaCO3、SrCO3、B
aCO3のような高温で焼成することで容易に酸化物に
なるような化合物を選択することが好ましい。このよう
な化合物として炭酸塩の他には硝酸塩、シュウ酸塩、水
酸化物などがある。また、ホウ素化合物としてはホウ酸
あるいはアルカリ土類のホウ酸塩が使用でき、特に、ホ
ウ酸が好ましい。原料の純度は残光輝度に大きく影響
し、99.9%以上であることが好ましく、99.99
%以上であることがさらに好ましい。これらを混合した
原料を、還元雰囲気下1200℃以上1600℃以下の
温度範囲で焼成し、焼成品を粉砕、篩することで蛍光物
質を得ることができる。尚、原料の混合比率は、目的の
組成を得る為の理論量を混合することで決定できる。
【0025】本願発明に用いられる蛍光物質は基本的に
付活剤の2価のEuによる強い発光を呈するが、2価の
Euは可視光から紫外域の広範囲に吸収がある。従っ
て、窒化ガリウム系化合物半導体を用いても十分に高効
率発光が可能である。また、共付活剤として、Mn、Z
r、Nb、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、及びLuからなる群より選ばれた少な
くとも1種を蛍光物質の母体にドープさせることで残光
現象が現れる。
【0026】残光性蛍光物質においてホウ素を含有させ
るとアルミネートの結晶性を良好にし、発光中心と捕獲
中心を安定化させることで残光時間、残光輝度をさらに
改善させることもできる。また、ホウ素は同時にフラッ
クスとして働き蛍光物質の結晶成長を促進する効果をも
有する。
【0027】2価金属、付活剤、共付活剤の酸化物の総
モル数とアルミナ及びホウ酸の総モル数がほぼ1:1す
なわちn=1である場合、X線回折により解析した結
果、結晶構造はSrAl24型の単斜晶系となり、波長
520nmにピークのある緑色発光を示す。また、2価
金属、付活剤、共付活剤の酸化物の総モル数とアルミナ
及びホウ酸の総モル数を1:2すなわちn=2に仕込み
焼成した場合、ホウ素の置換が1モル%程度の低濃度で
は、仕込み組成から生成すべきSrAl47の構造を示
すが、ホウ素がこれよりも高濃度では、Sr4Al14
25とSrAl121 9の混合物となる。すなわち、ホウ素
を含有することにより、結晶構造が変化し、残光性を向
上させることもできる。同様に、n=1.75の時、S
4Al1425となり、耐熱性などをより向上させるこ
ともできる。このような組成は、使用目的、LEDチッ
プからの発光スペクトルや蛍光物質の励起スペクトルを
考慮して選択させることが好ましい。
【0028】即ち、母体組成を特定範囲に調整すること
により、発光色は青色、青緑色、緑色と多様に変化させ
ることができる。また、母体組成へのホウ素含有によ
り、結晶構造の安定化、粒子成長を促進でき、その結果
として残光の高輝度化が図れる。さらに、第一の共付活
剤と第二の共付活剤の組み合わせにより、残光輝度をさ
らに高輝度化でき、特にZrを第二の共付活剤に選択し
た場合、発光色調も変化させることができる。
【0029】本願発明の発光装置において、蛍光物質は
2種類以上の(M1-p-qEupq)O・n(Al
1-mm23蛍光物質を混合させてもよい。MやQの元
素や含有量が異なる2種類以上の(M1-p-qEupq
O・n(Al1-mm23蛍光物質を混合させて発光波
長成分を増やすこともできる。これにより、種々の発光
色が選択できる発光装置とすることもできる。また、そ
れぞれ異なる樹脂に混合させた多層膜とさせ、半導体発
光素子によって励起させることもできる。
【0030】(LEDチップ102、202、402、
502)本願発明に用いられるLEDチップとは、(M
1-p-qEupq)O・n(Al1 -mm23蛍光物質を
効率良く励起できる窒化物系化合物半導体が挙げられ
る。発光素子であるLEDチップは、MOCVD法等に
より基板上に一般式InaAlbGa1-a-bN(但し、0
≦a、0≦b、a+b<1)等の窒化物系化合物半導体
を発光層として形成させる。半導体の構造としては、M
IS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。
【0031】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、S
i、ZnO等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガ
リウムを形成させるためにはサファイヤ基板を用いるこ
とが好ましい。このサファイヤ基板上にGaN、AlN
等のバッファー層を形成しその上にPN接合を有する窒
化ガリウム系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、G
e、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、B
a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。
【0032】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。
【0033】本願発明の発光装置において効率よく発光
及び残光させる場合は、蛍光物質との励起波長等を考慮
して発光素子の発光波長は360nm以上530nm以
下が好ましく、380nm以上490nm以下がより好
ましい。また、樹脂で形成させたモールド部材やコーテ
ィング材の劣化やLEDチップ及び蛍光物質の混色を考
慮して、発光装置の特性をより向上させるためには、4
00nm以上475nm以下がさらに好ましい。本願発
明の残光性を有する発光装置の発光スペクトルを図3に
示す。410nm付近にピークを持つ発光がLEDチッ
プからの発光であり、520nm付近にピークを持つ発
光がLEDチップによって励起された蛍光物質の発光で
ある。なお、400nm未満の発光波長は、紫外線域を
含むため蛍光物質からの発光のみの単色性を有すること
となる。
【0034】(導電性ワイヤー103、203、40
3)導電性ワイヤー103、203、403としては、
LEDチップ102、202、502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LE
D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。
【0035】(マウント・リード105)マウント・リ
ード105としては、LEDチップ102を配置させる
ものであり、ダイボンドダーなどで積載するのに十分な
大きさがあれば良い。また、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が求められる。また、マウント・
リード上のカップ内にLEDチップを配置すると共に蛍
光物質を内部に充填させる場合は、近接して配置させた
別の発光ダイオードからの光により疑似点灯することを
防止することができる。
【0036】LEDチップ102とマウント・リード1
05のカップ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チップなどによりマウント・リードと接着させ
ると共に電気的に接続させるためにはAgペースト、カ
ーボンペースト、ITOペースト、金属バンプ等を用い
ることができる。さらに、発光ダイオードの光利用効率
を向上させるためにLEDチップが配置されるマウント
・リードの表面を鏡面状とし、表面に反射機能を持たせ
ても良い。この場合の表面粗さは、0.1S以上0.8
S以下が好ましい。また、マウント・リードの具体的な
電気抵抗としては300μΩ−cm以下が好ましく、よ
り好ましくは、3μΩ−cm以下である。また、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/c
2/cm/℃以上が好ましくより好ましくは 0.5c
al/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。
【0037】(インナー・リード106)インナー・リ
ード106としては、マウント・リード105上に配置
されたLEDチップ102と接続された導電性ワイヤー
103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1
0S以下が好ましい。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。
【0038】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、3
00μΩ−cm以下が好ましく、より好ましくは3μΩ
−cm以下である。これらの条件を満たす材料として
は、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッ
キしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【0039】(コーティング部101、501)本願発
明に用いられるコーティング部101、501とは、モ
ールド部材104とは別にマウント・リードのカップに
設けられるものでありLEDチップの発光を変換する残
光性蛍光物質が含有されるものである。コーティング部
の具体的材料としては、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明樹脂や硝子などが好
適に用いられる。また、蛍光物質と共に着色顔料、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、色味を調整させることもでき
る。また、拡散剤を含有させることによってより指向角
を増やすこともできる。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。
【0040】(モールド部材104、404)モールド
部材104は、発光ダイオードの使用用途に応じてLE
Dチップ102、導電性ワイヤー103、蛍光物質が含
有されたコーティング部101などを外部から保護する
ために設けることができる。モールド部材は、硝子や樹
脂を用いて形成させることができる。また、蛍光物質を
含有させることによって視野角を増やすことができる
が、モールド部材に拡散剤を含有させることによってL
EDチップ102からの指向性を緩和させ視野角をさら
に増やすことができる。更にまた、モールド部材104
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104は複数積
層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レ
ンズ形状さらには、発光観測面側から見て楕円形状やそ
れらを複数組み合わせたものが挙げられる。
【0041】モールド部材104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明樹脂や硝子などが好適に用いら
れる。また、拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化
チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いら
れる。さらに、拡散剤に加えてモールド部材中にも蛍光
物質を含有させることもできる。したがって、蛍光物質
はモールド部材中に含有させてもそれ以外のコーティン
グ部などに含有させて用いてもよい。また、コーティン
グ部を蛍光物質が含有された樹脂、モールド部材を硝子
などとした異なる部材を用いて形成させても良い。この
場合、生産性良くより水分などの影響が少ない発光ダイ
オードとすることができる。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
させても良い。
【0042】(表示装置)本願発明の発光装置をLED
表示器に利用した場合の一例として、標識、矢印形状な
ど所望の形状に発光装置を配置させたLED表示器の概
略断面構成を図4に示す。図4(A)は、LEDチップ
402の発光面上モールド部材中に均等に残光性蛍光物
質が混合された発光装置を並べたものであり、図4
(B)は、コーティング部材上にモールド部材404を
形成させた発光ダイオードとして形成させた発光装置を
並べたものである。また、図4(C)は、LEDチップ
402が発光する面の周囲方向のみに長残光性蛍光物質
含有部材401を配置させた発光装置を示す。いずれの
発光装置も同様の駆動回路に接続させた表示装置とさせ
ることができる。
【0043】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
によって発光装置を所望に点灯させる表示器とすること
ができる。駆動回路としては、入力されるデータを一時
的に記憶させるRAM(Random、Access、
Memory)と、RAMに記憶されるデータから各発
光装置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、各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など
として出力する。ここで、発光装置を駆動点灯させる
と、発光装置からの発光色に加えて蛍光物質の発光をも
表示させることができる。次に、発光装置を消灯させる
と、残光性を有する蛍光物質のみの発光色が発光してい
る表示器とさせることができる。それぞれの発光波長を
選択することで色調を変えることもできる。したがっ
て、低消費電力且つ夜間などにおいても注意を引く表示
装置などとすることができる。
【0044】(面状発光光源)図5は本願発明の発光装
置を利用した面状発光光源を構成した例である。面状発
光光源の場合、蛍光物質をコーティング部や導光板上の
散乱シート506に含有させる。或いはバインダー樹脂
と共に散乱シート506に塗布などさせシート状501
に形成しモールド部材を省略した発光装置とすることも
できる。具体的には、絶縁層及び導電性パターンが形成
された凹部形状の金属基板503内にLEDチップ50
2を固定する。LEDチップと基板上の導電性パターン
との電気的導通を取った後、蛍光物質をエポキシ樹脂と
混合撹拌しLEDチップ502が積載された基板503
上に充填させ発光装置を形成させる。こうして形成され
た発光装置は、アクリル性導光板504の端面にエポキ
シ樹脂などで固定される。導光板504の一方の主面上
には、発光むら防止のため白色散乱剤が含有されたフィ
ルム状の反射部材507を配置させてある。同様に、導
光板の裏面側全面や発光装置が配置されていない端面上
にも反射部材505を設け発光光率を向上させてある。
これにより、LCDのバックライトとして十分な明るさ
を得られる面状発光光源とすることができる。
【0045】液晶表示装置として利用する場合は、導光
板504の主面上に透光性導電性パターンが形成された
硝子基板間に注入された液晶装置を介して配された偏光
板により構成させることができる。さらに、携帯用機器
などとして使用する場合は、発光装置、液晶装置と他の
演算手段などとを電池電源に接続させる。また、電池電
源の蓄電残量を検出する検出手段を備えると共に検出さ
れた値とROM(Read On Memory)など
に記憶させた設定値と比較する比較手段、比較させ所望
値よりも蓄電残量が少ないと判断させた場合には発光装
置に供給する電力を停止する手段と、を備えることがで
きる。これにより電池電源などの残量が一定値以下にな
るとLEDチップに供給する電力を低下させる或いはL
EDチップを非点灯とさせることによって、電池電源の
延命させつつ他の電気回路を駆動させることができる。
また、液層表示面は残光性蛍光物質によって効率よく発
光可能であると共に発光色を変化するため電池電源が少
ないことを認識することもできる。この場合、蛍光物質
は散乱シート状或いは導光板の底面上に設けることが好
ましい。
【0046】液晶表示装置として利用する場合は、外来
光が偏光板などを介して残光性蛍光物質に照射されるた
め外部からの光の励起が50%以下となる場合がある。
したがって、外来光によっては内部の残光性蛍光物質が
励起されにくい。残光性蛍光体を発光素子によって発光
させることによって効率よく面状発光させることができ
る。すなわち、本願発明は低電力、且つ高輝度に発光可
能な発光装置とさせることができるものである。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。
【0047】
【実施例】 (実施例1)発光素子として主発光ピークが410nm
のGaInN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、MOC
VD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C
2Mg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、サ
ファイヤ基板上には、バッファ層を形成させ、P型半導
体は成膜後400℃以上でアニールさせてある。)
【0048】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。
【0049】銀メッキした銅製リードフレームの先端に
カップを有するマウント・リード上にLEDチップをエ
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。
【0050】一方、蛍光物質は、原料として、SrCO
3を0.952モル、Al23を0.988モル、Eu2
3を0.015モル、Dy23を0.0075モル、
Tm 23を0.0015モル及びH3BO3を0.024
モルセラミックポットに入れ、ボールミルにより十分に
混合し混合原料(以下原料生粉という)を得る。次に、
原料生粉をアルミナルツボに入れ、還元雰囲気のマッフ
ル炉中で、1400℃で5時間焼成し蛍光物質焼成品を
得た。次に焼成品を粉砕し、篩を通し、平均粒径17μ
mの(Sr0.952Eu0.03Dy0.015Tm0.003)O・(Al
0.9880.012)23蛍光物質を得た。
【0051】形成された(Sr0.952Eu0.03Dy0.015
Tm0.003)O・(Al0.9880.012)23蛍光物質70重
量部、エポキシ樹脂120重量部をよく混合してスリラ
ーとさせた。このスリラーをLEDチップが配置された
マウント・リード上のカップ内に注入させた。注入後、
残光性蛍光物質が含有された樹脂を130℃1時間で硬
化させた。こうしてLEDチップ上に厚さ150μの残
光性蛍光物質が含有されたコーティング部が形成され
た。なお、コーティング部には、LEDチップに向かっ
て残光性蛍光物質が徐々に多くしてある。その後、さら
にLEDチップや残光性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
型枠の中に残光性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。
【0052】こうして得られた残光性を有する発光ダイ
オードを暗所に3時間以上外光を遮断した状態で保存
し、5分間連続点灯させるた。点灯中は淡いブルーグリ
ーンの発光色が得られた。また、発光光率は7.82
lm/wであった。発光ダイオードを5分間連続点灯さ
せた後消灯させた。消灯後においてもブルーグリーンの
発光色があった。消灯10分後における残光輝度は、4
21mcd/m2であった。発光ダイオードを連続10
00時間点灯後に同様の残光輝度を測定したところほと
んど低下していなかった。
【0053】(比較例1)蛍光物質を(Sr0.952Eu
0.03Dy0.015Tm0.003)O・(Al0.9880.012)23
らZnS:Cuとした以外は、実施例1と同様にして発
光ダイオードの形成及び耐侯試験を行った。形成された
発光ダイオードは通電直後、実施例1と同様グリーンブ
ルー系の発光が確信されたが輝度が低かった。発光ダイ
オードを5分間連続点灯させた後消灯させた。消灯後に
おいてもブルーグリーンの発光色があった。消灯10分
後における残光輝度は、38mcd/m2であった。発
光ダイオードを連続1000時間点灯後に同様の残光輝
度を測定したところ残光性を検出することができなかっ
た。発光ダイオードを解析した結果、LEDチップ上の
ZnS:Cu蛍光物質が劣化していた。
【0054】(実施例2)本願発明の発光ダイオードを
図4(A)の如きLED表示器に利用した。蛍光物質を
(Sr0.255Eu0.03Dy0.015Zr0.700)O・1.75
(Al0.9500.050) 23とした以外は実施例1と同様に
して形成させた発光ダイオードを銅パターンを形成させ
た硝子エポキシ樹脂基板上に、矢印形状に256個配置
させた。基板と発光ダイオード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内部に配置し固定させた。発光ダイ
オードの先端部を除いて筐体、発光ダイオード、基板の
一部をピグメントにより黒色に着色したシリコンゴムに
よって充填させた。その後、常温、72時間でシリコン
ゴムを硬化させLED表示器を形成させた。このLED
表示器と、クロック回路を持った駆動手段と、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2分点灯1分消灯を繰り返して駆動させ低電力表示装
置として駆動できることを確認した。
【0055】
【発明の効果】窒化物系化合物半導体の発光素子と、
(M1-p-qEupq)O・n(Al1-m m23蛍光物
質と、を利用した本願発明の請求項1の構成とすること
により長時間高輝度時の使用においても発光効率が高
く、高輝度、長時間の使用においても発光光率や残光性
の低下が極めて少ない発光装置などとすることができ
る。また、点灯時と消灯時で発光色を任意に変化させる
ことも可能な低電力発光装置として使用することもでき
る。
【0056】また、本願発明の請求項2の構成とするこ
とにより高輝度、長時間の使用においても発光光率や残
光性の低下が極めて少ない発光ダイオードとすることが
できることに加えて、LEDチップ自体の発光むらを蛍
光物質により分散することができるためより均一な発光
を有する発光ダイオードとすることができる。
【0057】本願発明の請求項3の構成とすることによ
り、屋外など直射日光にさらされるような場所に用いら
れるLED表示器においても残光性を有し且つ、視認角
度によって色むらの少ない低電力LED表示装置とする
ことができる。
【0058】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本願発明の発光装置の模式的断面図で
ある。
【図2】図2は、本願発明の他の発光装置の模式的断面
図である。
【図3】図3は、本願発明の発光スペクトルの一例を示
した図である。
【図4】図4(A)、(B)、(C)は、それぞれ本願
発明の発光装置を表示装置に利用した模式的断面図であ
る。
【図5】図5は、本願発明の発光装置を利用したLED
表示装置の模式図である。
【符号の説明】
101、401、501・・・蛍光物質が含有されたコ
ーティング部 102、202、402、502・・・LEDチップ 103、403、203・・・導電性ワイヤー 104、404・・・モールド部材 105・・・マウント・リード 106・・・インナー・リード 201・・・蛍光物質が含有されたモールド部材 204・・・筐体 205・・・筐体に設けられた電極 405・・・外部と接続される電極 503・・・金属製基板 504・・・導光板 505、507・・・反射部材 506・・・散乱シート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光層が窒化ガリウム系化合物半導体であ
    る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と、を
    有する発光装置であって、 前記LEDチップの主発光ピークが360nmから53
    0nm内であると共に、前記蛍光物質が2価のユーロピ
    ウムで付活され化学組成式が、(M1-p-qEupq)O
    ・n(Al1-mm23であることを特徴とする発光装
    置。 但し、 0.0001≦p≦0.5、 0.0001≦q≦0.5、 0.5≦n≦10、 0≦m≦0.5、 0.0002≦p+q≦0.75、 組成式中のMはMg、Ca、Sr、Ba、及びZnから
    なる2価金属の群より選ばれた少なくとも1種であり、
    Qは共付活剤でありMn、Zr、Nb、Pr、Nd、G
    d、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuか
    らなる群より選ばれた少なくとも1種である。
  2. 【請求項2】マウント・リードのカップ内に配置させた
    LEDチップと、該LEDチップと導電性ワイヤーを用
    いて電気的に接続させたインナー・リードと、前記カッ
    プ内に充填させたコーティング部材と、該コーティング
    部材、LEDチップ、導電性ワイヤー及びマウント・リ
    ードとインナー・リードの少なくとも一部を被覆するモ
    ールド部材と、を有する発光ダイオードであって、 前記LEDチップが窒化ガリウム系化合物半導体であ
    り、且つ前記コーティング部材が2価のユーロピウムで
    付活され化学組成式が(M1-p-qEupq)O・n(A
    1-mm23である蛍光物質を含有する透光性樹脂で
    あることを特徴とする発光ダイオード。 但し、 0.0001≦p≦0.5、 0.0001≦q≦0.5、 0.5≦n≦10、 0≦m≦0.5、 0.0002≦p+q≦0.75、 組成式中のMはMg、Ca、Sr、Ba、及びZnから
    なる2価金属の群より選ばれた少なくとも1種であり、
    Qは共付活剤でありMn、Zr、Nb、Pr、Nd、G
    d、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuか
    らなる群より選ばれた少なくとも1種である。
  3. 【請求項3】請求項1記載の発光装置を2以上配置した
    表示器と、該表示器と電気的に接続させた駆動回路と、
    を有する表示装置。
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