JPH10154830A

JPH10154830A - 発光装置及びそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JPH10154830A
Application number: JP9073297A
Authority: JP
Inventors: Toshio Moriguchi; 敏生森口
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、バックライト、照光式操作スイッチ
や照明などに使用される発光装置に係り、特に、色む
ら、色ずれ及び輝度むらが極めて少なく発光可能な高輝
度発光装置及びこれを用いた表示装置に関する。【解決手段】本発明は、発光層が少なくとも窒化物系化
合物半導体である発光素子と、該発光素子からの発光の
少なくとも一部を吸収し前記発光素子からの発光よりも
長波長光を発光する色変換部材と、を有する発光装置や
これを用いた表示装置において、色変換部材が、有機蛍
光染料及び無機蛍光顔料を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、液晶ディスプレイな
どのフルカラー用バックライト、照光式操作スイッチや
照明などに使用される発光装置に係り、特に発光素子の
発光と、その光を受け励起されたフォトルミネセンス蛍
光物質からの光と、の混色により色むら、色ずれ及び輝
度むらが極めて少なく発光可能な高輝度発光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】今日、ノート型パソコン、電子手帳、携
帯電話等の携帯電子機器が急速に普及している。これに
伴って携帯電子機器などを暗所においても使用できるよ
う自発光型表示部に対する社会の要求がますます高まり
を見せている。ＬＣＤ（LiqidCystal Display）を利用
した表示装置においては、透過光を利用するためより高
輝度な照明が必要になる。このような自発光型表示部が
発光可能な光源の一つとして発光素子からの光を導光板
を介して照射させる面状発光光源などが挙げられる。白
色発光可能な発光装置としては、ＲＧＢ（赤色、緑色、
青色）成分をそれぞれ有する光の加法混色により白色化
する方法やカラーフィルターなどにより不要波長をカッ
トして白色化（減法混色）する方法などが考えられる。

【０００３】例えば、加法混色による白色化について
は、ＲＧＢ成分が発光可能なＬＥＤチップをそれぞれ近
接して導光板端面に配置しそれぞれ発光及び混色させる
ことにより面状発光装置として白色発光させることがで
きる。このような面状発光装置は、それぞれのＬＥＤチ
ップの発光波長や発光輝度を調整することにより所望の
色や輝度が表示可能なフルカラー面状発光装置とするこ
とができる。

【０００４】しかしながら、実装スペースが少ない発光
装置などの場合においては、ＲＧＢの発光色を調節し、
バランス良くミックスさせ全エリアにおいて均等に白色
化させることが難しい。また、発光ダイオードを３種類
以上用いなければならず駆動用の配線回路などが必要と
なる。さらに、異なる半導体特性を有するＬＥＤチップ
を用いた場合においては、その半導体特性などによって
電源電圧など種々に調節させなければならない。

【０００５】他方、減法混色による白色化については、
発光ダイオードが優れた発光ピークを持ち白色系をつく
る分光成分が少ないため、１種類の発光ダイオードを持
ちいて白色化させることが極めて難しい。したがって、
仮に１種類の発光ダイオードで白色化させたとしても発
光輝度が大きく低下した発光装置とならざるを得ない。

【０００６】そこで、本出願人は先に高輝度発光ダイオ
ードと、蛍光物質を含有させた色変換シートと、を用い
たものとして特開平７−１７６７９４号公報、特開平８
−７６１４号公報などの面状光源を開発した。これらの
面状光源によって、高輝度に安定性良く１種類のＬＥＤ
チップを用いて白色系面状光源とさせることができる。

【０００７】具体的には、透明な導光板端面の少なくと
も一カ所に青色発光ダイオードが光学的に接続されてお
り、さらに導光板の主面のいずれか一方などに発光ダイ
オードの発光により励起されて光を発する蛍光物質が具
備されている。この発光ダイオードの発光色と、蛍光物
質の発光色と、の混色により十分な輝度を有する白色系
が発光可能な面状光源とさせることができるものであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光装
置をさらに大面積且つ高輝度に発光させようとすると発
光素子からの発光照度が必然的に大きくなる。発光照度
が過度に大きくなり過ぎると蛍光物質によっては、蛍光
物質が劣化し時間と共に色ずれが生ずる場合があるとい
う問題を有する。さらに、発光表示面を大型化するに伴
って、大面積な色変換部材を透過した白色光をより均一
化させなければならない。しかし、蛍光物質によっては
色変換部材を大面積化させるに従ってより均一に分散さ
せ白色系発光させることが難しくなる。そのため、形成
された面状発光装置に色むら、色ずれや輝度むらが生ず
る場合があるという問題を有する。従って、本願発明は
上述の問題を解決しより発光輝度を高くした場合におい
ても劣化、色ずれや輝度むらなどが極めて少なく、大面
積且つ均一に白色系が発光可能な所望の発光成分を有す
る発光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、前述の目的
を達成するために下記の構成を備える。本願発明の発光
装置は、発光層が少なくとも窒化物系化合物半導体であ
る発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部
を吸収し前記発光素子からの発光よりも長波長光を発光
する色変換部材と、を有する。この色変換部材が、有機
蛍光染料及び無機蛍光顔料である。

【００１０】本願発明の請求項２に記載の発光装置は、
発光素子と光学的に接続された導光板上に配置された色
変換部材によって面状に発光する、或いは前記色変換部
材を介して発光素子と導光板とが光学的に接続されるこ
とによって面状に発光可能な発光装置である。

【００１１】本願発明の請求項３に記載の発光装置は、
前記有機蛍光染料及び無機蛍光顔料が、バインダー中に
混合されている。

【００１２】本願発明の請求項４に記載の発光装置は、
色変換部材が発光素子から発光される第１の主発光波長
よりも長い第２の主発光波長を発光する有機蛍光染料
と、第２の主発光波長よりも長い第３の主発光波長を発
光する無機蛍光顔料と、を有する。

【００１３】本願発明の請求項５に記載の発光装置は、
有機蛍光染料がペリレン系誘導体染料である。

【００１４】本願発明の請求項６に記載の発光装置は、
無機蛍光顔料がセリウムで付活されたイットリウム・ア
ルミニウム酸化物系蛍光物質である。

【００１５】本願発明の請求項７に記載の発光装置は、
発光素子が４００〜４９０ｎｍ内の主発光ピークを有す
る半導体であって、有機蛍光体染料の主発光ピークが４
９５ｎｍ〜５９０ｎｍ内にあり、無機蛍光体の主発光ピ
ークが５５０ｎｍ〜６４０ｎｍ内にある。

【００１６】本願発明の請求項８に記載の表示装置は、
発光層が少なくとも窒化物系化合物半導体である発光素
子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収し
前記発光素子からの発光よりも長波長光を発光する有機
蛍光染料及び無機蛍光顔料を有する蛍光物質とからなる
発光装置と、発光装置と光学的に接続された液晶装置
と、を有する表示装置である。

【００１７】

【効果】本願発明は、有機蛍光染料に無機蛍光顔料を混
合させることによって無機蛍光顔料の分散性が著しく向
上させることができる。そのため、色変換部材から放出
される光の色むら、輝度むら及び色ずれを改善させた発
光装置とすることができる。また、発光輝度を高くした
場合においても劣化、色ずれや輝度むらなどが極めて少
なく、大面積且つ均一に白色系が発光可能なＲＧＢ成分
を有する面状発光装置や表示装置とすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
特定のＬＥＤチップからの光の少なくとも一部をフォト
ルミネセンス蛍光物質によって色変換させる発光装置に
おいて、色むら、輝度むら及び色ずれを有機蛍光染料及
び無機蛍光顔料を使用することによって著しく改善でき
ることを見いだし本願発明を成すに到った。

【００１９】即ち、有機蛍光染料に無機蛍光顔料を混合
させることによって無機蛍光顔料の分散性が著しく向上
させることができる。そのため、色変換部材から放出さ
れる光の色むら、輝度むら及び色ずれを改善させること
ができる。特に、色変換部材をシート状に形成させる場
合、無機蛍光顔料のみでは分散性が悪く面状に均一に色
変換させることが難しい。また、有機蛍光染料のみで
は、分散性が良すぎるために色変換部材がフラットにな
りすぎる。そのため面状に発光可能な発光装置を構成さ
せると、色変換部材と導光板との密着面に部分的に空気
が残り密着間隔が不均一になる。このような不均一な部
分があるとニュートンリングなどが見られることとな
る。さらに、発光装置形成時に生ずる糊など３０から５
０μｍ程度のゴミが導光板表面に付着した場合でも、色
変換部材の表面がフラットになりすぎているが故にゴミ
を透過して５倍から１０倍の白点となって見える場合も
ある。したがって、有機蛍光染料のみや無機蛍光顔料の
みではなく、有機蛍光染料に無機蛍光顔料を加えること
によって色むら、輝度むら及び色ずれがない均一発光可
能な発光装置とすることができる。

【００２０】また、有機蛍光物質は、比較的高効率で分
散性がよく色変換部材を形成させることができるという
特性を有する。しかしながら、高輝度の発光素子により
高出力で励起させ続けると、発光波長がより長波長側の
蛍光物質において劣化が生ずる傾向がある。より長波長
側を発光するフォトルミネセンス蛍光物質の劣化現象の
原因は定かではないが、より長波長側の蛍光物質はＬＥ
Ｄチップからの高エネルギー光のみならず共に近接して
分散させてある短波長側光を発光する蛍光物質からの散
乱光を受けることによる相乗効果により劣化が推進され
ると考えられる。

【００２１】他方、蛍光物質を無機蛍光体を用いて構成
させた場合には、発光ダイオードからの発光エネルギー
を向上させたとしても十分な耐光特性を有する。しかし
ながら、無機系蛍光体は耐光性などはよいものの色変換
部材における分散性が比較的低く、均一に分散させるこ
とが難しい。

【００２２】本願発明は劣化が激しい、より長波長側の
フォトルミネセンス蛍光物質を無機蛍光体とさせること
により耐光性を向上させると共に無機蛍光体の分散性を
より短波長側の有機蛍光染料によって補うことにより、
フォトルミネセンス蛍光物質の劣化防止や色変換部材中
の分散性が飛躍的に向上し発光均一性、耐光性及び発光
光率の向上がはかれる。また、青色系を発光するＬＥＤ
からの光と、有機蛍光染料のみによるＲＧＢ（赤色系、
緑色系、青色系）発光させる発光装置に比べて無機蛍光
顔料を利用させた発光装置はどうしても変換効率が少な
くなる。しかしながら、視感度の高い緑色系を変換効率
の高い有機蛍光染料を用いることによって見かけ上の低
下を抑制させた発光装置とすることができる。また、視
感度の高い緑色系を有機蛍光染料を用い赤色系を無機蛍
光顔料を用いることによって所望の白色発光に調節させ
やすい。

【００２３】具体的には、図１の如く絶縁層及び導電性
パターンが形成されたコの字形状の金属支持体内にＬＥ
Ｄチップを固定させ、ＬＥＤチップと導電性パターンと
の電気的導通をワイヤーボンディングによって取ったも
のをアクリル性導光板の端面に糊となるエポキシ樹脂を
用いて光学的に接続させる。導光板の一方の主面及びそ
の他の端面にはチタン酸バリウムなどの拡散剤が配合さ
れた反射部材で密着して覆ってある。反射部材の設けら
れていない他方の導光板主面には、ＬＥＤチップからの
光の少なくとも一部を波長変換させる色変換部材を設け
てある。色変換部材は、透光性の高いポリエステルフィ
ルムにＳｉＯ₂などの透光性無機微粒子をコーティング
したものをベースとして用いてある。無機微粒子がコー
ティングされていない主面には、有機蛍光染料であるペ
リレン誘導体と無機蛍光顔料である（Ｙ_0.2Ｇｄ_0.8）₃
Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅとを十分混合させたアクリル系バイン
ダーを用いてローラコーターにより塗布硬化させてあ
る。このように形成させた発光装置のＬＥＤチップを点
灯させると色変換部材側から均一にＲＧＢ成分を有する
面状白色系光を放出させることができる。以下本願の構
成部材について詳述する。

【００２４】（色変換部材１０１、２０１）本願発明に
用いられる色変換部材１０１とは、発光素子であるＬＥ
Ｄチップ１０２からの光を吸収して異なる発光波長に変
換して放出するフォトルミネセンス蛍光物質を含む部材
をいう。したがって、層状、ドット状やライン状のもの
など種々の形状のものが挙げられる。また、発光装置の
モールド部材と兼用させることもできる。導光板へ入射
される発光素子の光を色むらなく色変換させるためには
フォトルミネセンス蛍光物質が色変換部材中に均一に分
散させる必要がある。このような分散均一性は、有機蛍
光染料と無機蛍光体とを混合させることによって達成す
ることができる。フォトルミネセンス蛍光物質の分散性
を向上させることによって発光色の均一性をも向上させ
ることができる。また、発光素子の発光層を窒化物系化
合物半導体により形成することで可視光のうち比較的高
いエネルギーの青色系の光を発光させることができる。
蛍光物質は受けた光よりもより長波長側の光を放出させ
る方が効率がよい。そのため、より長波長側で発光する
フォトルミネセンス蛍光物質の変換効率を極めて効率よ
く行うことができる。さらにより長波長側を発光する蛍
光物質に無機蛍光体を用いてあるため十分な耐候性を有
する。

【００２５】窒化ガリウム系化合物半導体を用いたＬＥ
Ｄチップ１０２から発光した光と、フォトルミネセンス
蛍光物質及びバインダーである樹脂などとの比率や無機
蛍光体と有機蛍光染料の混合量、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
り色温度の高い白色を含め電球色など任意の色調を所望
に選択させることができる。また、無機蛍光体及び有機
蛍光染料を混合させるベースには各種樹脂や硝子などの
無機物質が挙げられる。具体的には、アクリル樹脂、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、酸化珪素、アルミナなどの透光性無
機部材が好適に用いられる。また、色変換部材には、発
光素子からの不要な波長光をカットさせる目的で着色染
料及び／又は顔料を含有させても良いし、紫外線吸収剤
を含有させても良い。さらに、分散剤や拡散剤を含有さ
せることも可能である。

【００２６】色変換部材１０１を、導光板１０４の主面
上などに配置するには、ベースとなるフィルム状部材や
導光板などの一方の面に一面或いはドット状などに形成
させて用いることができる。フィルム状部材は一方にの
み色変換部材を形成させると色変換部材の硬化工程で生
ずる熱応力などにより、そりが発生する傾向がある。し
たがって、フイルム状部材の両端面に色変換部材１０１
を形成させるか色変換部材１０１を形成させない他方の
面は光を拡散させる拡散剤を含有させた拡散層１０６を
同様に形成させ応力を緩和させても良い。具体的拡散剤
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、酸化珪素などが好適に挙げられる。

【００２７】（フォトルミネセンス蛍光物質）本願発明
に用いられるフォトルミネセンス蛍光物質としては、少
なくとも半導体発光層から発光された光で励起されてよ
り発光するフォトルミネセンス蛍光物質をいう。発光素
子によって励起される蛍光物質は、蛍光染料、蛍光顔料
さらには有機、無機化合物などから様々なものが挙げら
れる。また、蛍光物質は、発光素子からの発光波長を波
長の短いものから長い波長へと変換する、或いは発光素
子からの発光波長を波長の長いものから短い波長へと変
換するものとがある。

【００２８】しかしながら、波長の長いものから短い波
長へと変換する場合、変換効率が極めて悪く実用に向か
ない。したがって、本願発明の色変換部材に用いられる
フォトルミネセンス蛍光物質としては、発光素子によっ
て励起される種々の無機、有機の顔料や染料などのフォ
トルミネセンス蛍光物質を利用することができるが、
１．発光素子との混色を利用するため青色系など可視光
で効率よく発光すること。２．有機蛍光染料及び無機蛍
光体がそれぞれ所望の発光波長を有する発光が可能なこ
と。特に有機蛍光染料が緑色系であって、無機蛍光体が
赤色系が好適に発光可能なこと。３．発光装置の利用環
境に応じて耐候性があること４．フォトルミネセンス蛍
光物質として樹脂中に均一分散できるなどの特徴を有す
ることが好ましい。

【００２９】これらの条件を満たす有機蛍光染料として
具体的には、ペリレン誘導体染料や、ローダミン系蛍光
染料などが好ましい。また、無機蛍光顔料としては、セ
リウムで付活されたイットリウム・アルミニウム系酸化
物や（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ａｌなどが挙げられる。

【００３０】フォトルミネセンス蛍光物質である無機蛍
光顔料にセリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム系酸化物として（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧ
ａ_y）₅Ｏ ₁₂：Ｃｅ（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、
Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種
である。）を用いた場合、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４３０ｎ
ｍ付近などにさせることができる。また、主発光ピーク
も組成によって５１０ｎｍから６００ｎｍ付近に任意に
移動させることができる。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
側へシフトする。このように組成を変化させることで発
光色を連続的に調節することが可能である。

【００３１】このようなフォトルミネセンス無機蛍光顔
料は、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、Ｌａ、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°Ｃ
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。

【００３２】また、有機蛍光染料も種々の製法によって
形成させることができる。有機蛍光染料としてローダミ
ンＢの場合は、Ｎ，Ｎ−ジエチル−ｍ−アミノフェノー
ル２分子と無水フタル酸１分子とを、塩化亜鉛で縮合さ
せて合成させることができる。

【００３３】本願発明の発光装置においてこのようなフ
ォトルミネセンス蛍光物質は、２種類以上用いることが
できる。例えば、組成が異なる２種類以上のセリウムで
付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系無機蛍
光体と、有機染料と、を混合させてより演色性の高い自
然光に近くさせることもできる。

【００３４】（発光素子１０２、２１０）本願発明に用
いられる発光素子１０２は、色変換部材１０１に含有さ
れたフォトルミネセンス蛍光物質を励起させると共に外
部に発光させることのできる窒化物系化合物半導体が挙
げられる。このような発光素子としては、ＭＯＣＶＤ法
等により基板上にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、Ａｌ
Ｎ、ＡｌＩｎＧａＮ等の窒化物系化合物半導体を発光層
として形成させた物が用いられる。半導体の構造として
は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構
造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げ
られる。また、量子効果を持たせるために発光層を極め
て薄く形成させた単一量子井戸構造や井戸層と井戸層よ
りもバンドギャップの大きい障壁層とを交互に積層させ
た多重量子井戸構造とさせることもできる。半導体層の
材料、構造やその混晶度によって発光波長を種々選択す
ることができるが、フォトルミネセンス蛍光物質を効率
よく励起させるためにフォトルミネセンス蛍光物質の発
光波長よりも短い発光波長を発光することが好ましい。

【００３５】半導体基板にはサファイヤ、スピネル、Ｓ
ｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられ
る。結晶性の良い窒化物半導体を形成させるためにはサ
ファイヤ基板を用いることがより好ましい。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接合など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型窒化ガリウム系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
ウム系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
させることができる。

【００３６】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
窒化物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。

【００３７】本願発明の発光装置においてＲＧＢ発光成
分を有する白色系を発光させる場合は、フォトルミネセ
ンス蛍光物質との発光効率や色合い等を考慮して発光素
子の発光波長は４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下が好まし
く、ＬＥＤチップとフォトルミネセンス蛍光物質との効
率をそれぞれより向上させるためには、４３０ｎｍ以上
４７５ｎｍ以下がより好ましい。

【００３８】発光素子であるＬＥＤチップの発光出力
は、発光装置の面積や材料等にもよるが、本願発明にお
いては３００μＷ／ｃｍ²以上、更に好ましくは５００
μＷ／ｃｍ²以上の高出力下においても色ずれなどの極
めて少ない面状発光装置などとさせることができる。Ｌ
ＥＤチップは導光板の大きさや輝度などによって複数用
いることができる。

【００３９】なお、ＲＧＢの発光成分を有する白色発光
可能な発光装置として利用するためには、発光素子が４
００〜４９０ｎｍ内の主発光ピークを、有機蛍光染料の
主発光ピークが４９５ｎｍ〜５９０ｎｍ内であり、無機
蛍光顔料の主発光ピークが５５０ｎｍ〜６４０ｎｍ内で
あることが好ましい。本願発明の白色系発光装置の発光
スペクトル例を図３に示す。４３０ｎｍ付近にピークを
持つ発光がＬＥＤチップからの発光であり、５５０ｎｍ
付近にピークを持つ発光がＬＥＤチップによって励起さ
れた有機蛍光染料の発光である。また、５９０ｎｍ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
無機蛍光顔料の発光である。

【００４０】発光素子は、発光ダイオード２１０として
所望の形状のモールド部材をＬＥＤチップ上に形成させ
たものを利用して形成させてもよいし、導光板端部に直
接樹脂などで接着させても良い。また、支持体を用いて
導光板と接続させることもできる。さらに、発光素子を
利用した発光ダイオードとしてモールド部材やプリコー
ト部材中に有機及び無機蛍光物質を含有させることもで
きる。

【００４１】（支持体１０３、２０３）支持体１０３
は、導光板１０４端面と隙間なく配すことができ発光素
子の各ＬＥＤチップ１０２を嵌入しうる溝が形成される
ものが好ましい。具体的な支持体１０３としては、ポリ
カーボネート、ポリエチレン、アクリル、ウレタン、塩
化ビニル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、セ
ラミックスなどを用いることができる。また、支持体１
０３上には、配線パターンとしてＣｕ薄膜などを形成さ
せ導通を取ることができる。銅パターン上にはＡｇ、Ｎ
ｉなどをメッキすることで反射率を向上させＬＥＤチッ
プの利用効率を高めることもできる。また、ＬＥＤチッ
プが搭載される支持体自体を反射率の高い金属を用いて
形成することもできる。具体的には、アルミニウム、
銅、鉄、銀やそれらの合金などである。金属表面は、反
射率向上のために表面を鏡面状とさせることもできる。
この場合の表面粗さは０．８Ｓ以下が好ましい。このよ
うな金属支持体上にＬＥＤチップをエポキシ樹脂、アク
リル樹脂、ポリアミド樹脂、イミド樹脂などの熱硬化性
樹脂や、Ａｇ、カーボン、ＩＴＯが含有された導電性ペ
ースト、金属バンプ等などで固定配置させることによ
り、ＬＥＤチップからの光を効率よく取り出すと共に、
ＬＥＤチップからの放熱性を向上させることができる。
さらに、金属支持体の場合は、形状を比較的自由に形成
できる。また、ＬＥＤチップの強パルス駆動時における
ノイズのシールド効果を持たせることもできる。具体的
には、アルミニウム板上に、絶縁性コートとしてエポキ
シ樹脂層を介してＣｕの導電性パターンを形成させたも
のが好適に用いられる。このような支持体は、ＬＥＤチ
ップからの集光性向上のために鍋底やカップの底辺にＬ
ＥＤチップを搭載することもできる。

【００４２】さらに、支持体２０３は導光板２０４の端
面支持体に向かう光を効率よく反射して、導光板２０４
に入射させるために白色に着色することも可能である。
また、窒化ガリウム系化合物半導体など一個当たりの出
力が高い高輝度高出力型発光素子ではＬＥＤチップから
の発熱量が多くなる。そのため高熱伝導部材を介して共
通支持体上に複数の発光素子を配しても良い。さらにま
た、熱伝導率が高いアルミニウム、銅、鉄、銀やそれら
の合金基板上にエポキシ樹脂や酸化珪素膜などの絶縁体
を介してＬＥＤチップを並べることもできる。絶縁体上
にはさらに銅薄膜などにより発光素子の配線パターンを
形成させても良い。金属基板上に絶縁体を介してＬＥＤ
チップを並べた場合は、放熱効果が大きく強パルス駆動
が可能となる。基板自体を反射板として用いることもで
き所望の形状に加工できる。具体的には、カップ型に基
板を加工した後、カップ底部にＬＥＤチップを配置する
ことにより発光光率を向上させることができる。同様に
鍋底タイプやコの字タイプ、さらには、放熱性を向上さ
せる目的で逆コの字タイプなど種々の形状とさせること
ができる。熱伝導部材や金属基板としては熱伝導度がよ
いことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／ｃ
ｍ²／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ＬＥＤチ
ップの電気的接続はＬＥＤチップを固定させると共に行
っても良いし、固定後導電性ワイヤーなどによって行っ
ても良い。

【００４３】導電性ワイヤーとしては、ＬＥＤチップ１
０２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。

【００４４】（導光板１０４、２０４）導光板１０４と
しては、発光素子１０２、２１０からの光を効率よく導
き面状に発光可能とするものである。導光板１０４は、
透過率、耐熱性に優れ均一に形成できることが好まし
い。また、導光板１０４の正面形状は所望に応じて長方
形や多角形等種々の形状とすることができる。また、断
面形状としては、平型、くさび形、船底型など種々の形
状を用いることができる。具体的な構成材料としては、
アクリル樹脂、硝子、ポリカーボネート樹脂等が挙げら
れる。導光板の厚みは、板厚が厚いほど光の利用効率が
高くなるが発光素子の配置等から１０ｍｍ以下が好まし
い。導光板の端面には発光素子が埋設されることによ
り、導光板１０４と発光素子とを光学的に接続させても
よい。また、導光板が四角形であれば四方の端面全てに
発光素子を接続してもよいことはいうまでもなく、発光
素子であるＬＥＤチップ１０２の個数も限定するもので
はない。

【００４５】また、導光板１０４上に拡散膜１０６を設
けることによって導光板からの光を均一にさせることが
できる。さらに、拡散膜中に白色顔料を含有させてても
よい。なお、白色顔料を発光素子からの距離に反比例さ
せて含有させ濃淡をつけた拡散膜を用いた場合、均一性
がさらに向上した白色表示可能な面状発光装置とするこ
ともできる。この拡散膜は、色変換部材と兼用させるこ
ともできる。

【００４６】（反射部材１０５、２０５）反射部材１０
５は、導光板１０４下側と側面等に配置し導光板１０４
内部を反射しながら進んできた光を無駄なく発光面方向
に反射させる働きをする。従って、発光素子１０２から
の光を導光板内に散乱させるものであればよい。反射部
材１０５の形状や大きさは特定されず、導光板を保持す
るケース状部材と兼用することや導光板の面上に加工す
ることもできる。また、面状発光装置を均一に発光させ
るためには反射部材をストライプ状とし、表面輝度が一
定となるように、発光素子に接近するにつれて、単位面
積あたりの反射部材の面積を減じるようなパターンとす
ることができる。さらに、発光素子の配置により、発光
を面状均一とするように反射部材の形状を適宜変更する
ことができる。

【００４７】この様な反射部材として白色顔料が含有さ
れた発砲ポリエステル等をフィルム状に加工したものが
挙げられる。これら反射部材はシリコン樹脂やエポキシ
樹脂等によって導光板に装着することができる。

【００４８】（反射層１０７、２０７）また、発光素子
１０２が設けられた導光板１０４端部には反射部材１０
５と導光板１０４を介して部分的に反射層１０７を設け
ても良い。反射層１０７は、発光素子から放出される発
光に対して９５％以上の反射率を有するものが好まし
く、より好ましくは９８％以上のものである。

【００４９】反射層１０７は、発光素子が設けられた表
面近傍が強く光る蛍現象を防止することができる。しか
し、面状発光装置の発光面側に設けられるものであるこ
とから大きくさせすぎると発光面積率が低下する。した
がって、発光素子、導光板及び発光出力などによって種
々異なるが好ましくは導光板端部から１５ｍｍ以下が好
ましい。

【００５０】上記反射率を満たす反射層１０７の材料と
してポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ等の樹脂中に反射
材としてチタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化チ
タン、酸化珪素、燐酸カルシウム等を含有させて形成さ
せたフィルム状部材が好適に挙げられる。また、Ａｌ、
Ａｇ、Ｃｕ等の金属膜を導光板上にメッキ、スパッタリ
ングにより形成させても良い。また、反射層の表面は更
なる発光均一性向上のために凹凸を設けて発光素子から
の光を散乱させる構成としても良く、反射性と散乱性向
上のために多層構成とすることも可能である。具体的に
は散乱性向上のためのガラス不織布上に金属コートした
ものなどが挙げられる。これら反射層はシリコン樹脂や
エポキシ樹脂等によって導光板に装着させることもでき
る。

【００５１】なお本願発明において、発光素子と導光板
とが光学的に接続されているとは、導光板の端部から発
光素子が発光する光を導入することをいう。具体的には
発光素子を導光板に埋設することはもちろんのこと、発
光素子を光透過性樹脂などにより接着したり、光ファイ
バー等を用いて導光板の端面に発光素子の発光を導くこ
とである。

【００５２】（液晶装置）本願発明に用いられる液晶装
置とは、発光装置からの光をバックライト光源として利
用できるものであれば良く、薄膜トランジスタ型（ＴＦ
Ｔ）、スーパーツイスティドネマチック型（ＳＴＮ）や
強誘電性液晶（ＦＬＣ）、高分子分散型（ＰＤＬＣ）の
液晶装置など種々のものが好適に挙げられる。基本的に
は種々の液晶分子２１１を透明電極が形成された透光性
のガラス基板やフィルム等の間に封入させ電気的に接続
されたものが用いられる。液晶を偏光板２１２で挟持す
ることにより液晶の駆動により導光板２０４からの光の
遮光／非遮光を制御することができる。なお、面状発光
装置と液晶装置とを組み合わせてディスプレイ表示装置
を構成させることができる。

【００５３】（カラーフィルター２１３）カラーフィル
ターとしては、ＲＧＢの発光色をフィルターを通してそ
れぞれ表示するものである。カラーフィルターを液晶装
置上に設け発光装置からの光の遮光／非遮光を制御する
ことによってフルカラー表示装置とすることができる。
具体的には１画素をＲＧＢに応じて顔料及び／染料を塗
布などすることによって形成することができる。

【００５４】（表示装置）本願発明の表示装置の１構成
例を図２に示す。フォトルミネセンス蛍光物質として有
機蛍光染料と無機蛍光体とを含有させた色変換部材を介
して発光素子と導光板とを光学的に接続させてある。具
体的には、発光層が窒化ガリウム系化合物であるＬＥＤ
チップを用いた発光ダイオード２１０を用いる。フォト
ルミネセンス蛍光体をエポキシ樹脂と混合撹拌し導光板
２０４端部に塗布してある。発光ダイオード２１０と、
色変換部材２０１が形成されたアクリル性導光板２０４
の端面にエポキシ樹脂などで固定させる。導光板の一方
の主面上には、ＬＥＤチップ近傍が強発光することによ
る蛍現象防止のため白色散乱剤が含有されたフィルム状
の反射層２０７を配置させてある。同様に、導光板の裏
面側全面や発光ダイオードが配置されていない端面上に
反射部材２０５を設け発光光率を向上させてある。導光
板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２１
２により構成させる。液晶装置上には一画素につきＲＧ
Ｂを塗布したカラーフィルターを配置させてある。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。

【００５５】

【実施例】

（実施例１）アクリル板を１０×２０ｃｍの長方形に切
断し、アクリル板の切断端面を全て研磨した後、発光素
子が光学的に接続される端面及び発光観測部を除いて側
面及び裏面反射材を形成した。導光板を得た。白色反射
材は、チタン酸バリウムをアクリル系バインダー中に分
散したものを厚さ２ｍｍのアクリル板の片面にスクリー
ン印刷、及び硬化させることによって形成させてある。

【００５６】一方、面状発光装置に用いられる半導体発
光素子の各ＬＥＤチップは、青色系を発光する半導体発
光層として、主発光ピークが４３０ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ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、Ｃｐ₂
Ｍｇ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
半導体を形成させる。半導体発光素子としては、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、
Ｎ型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体で
あるクラッド層、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウムアル
ミニウム半導体であるクラッド層、Ｐ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を形成させた。
Ｎ型導電性を有するクラッド層と、Ｐ型導電性を有する
クラッド層の間にＺｎ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。）形成された半導体ウエハーをエッチングによりＰＮ各コ
ンタクト層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。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。ＬＥＤチップを支持体上にエポキシ樹脂
を用いて固定させた後、ワイヤーボンディングによって
電気的接続を行った。支持体は、導光板の端面の大きさ
に合わせて直方体に形成され発光素子がそれぞれ配置で
きるよう２０箇所窪みが設けられたアルミニウム板を用
いてある。アルミニウム板上には、絶縁層としてエポキ
シ樹脂層と、その上に２００μｍ厚の銅配線用薄膜がそ
れぞれ形成されてある。銅配線を所望のマスクを形成さ
せた後、エッチングし所望の配線パターンを形成させて
ある。導光板と支持体とを透光性樹脂を用いて光学的に
接続させた後、発光素子が設けられた導光板端面上に発
光面を一部覆う形で、ポリカーボネート樹脂１００ｇ中
にチタン酸バリウム６０ｇ含有させた反射層を配置し
た。

【００５７】他方、フォトルミネセンス有機蛍光体は、
フッ化水素中フェナントレンとアクロレインからペリレ
ン系誘導体を合成させることができる。また、フォトル
ミネセンス無機蛍光体は、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（Ｙ _0.2Ｇｄ_0.8）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅを形成
させた。

【００５８】色変換部材は、凹凸処理を施した０．１ｍ
ｍのエポキシ樹脂シート表面に、緑色系有機蛍光体とし
てペリレン誘導体２０重量％と、赤色系無機蛍光体とし
て（Ｙ_0.2Ｇｄ_0.8）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体８０重量％
と、を有機溶媒を添加させたエポシキ樹脂に混合させス
ラリーを形成させた。スラリーは、２５回転／分の撹拌
器で２分間撹拌させてある。ローラーコータを用いてこ
のスリラーをエポシキ樹脂シート表面に塗布及び１５０
℃で硬化させ色変換部材を形成させた。この様にして形
成された発光装置を十分充電させた電池電源で発光させ
たところ完全に面状均一な白色発光が得られた。輝度は
約８１０ｃｄ／ｍ²であった。

【００５９】こうして得られた白色系発光装置は、色度
点（ｘ＝０．３０９、ｙ＝０．３１０）、Ｒａ（演色性
指数）＝８７．６を示した。また、発光スペクトルは図
３の如きＲＧＢ成分を有する白色光であった。また、分
散性を図るために形成されたスラリーを粒度ゲージを用
いて調べた結果、目視で確認できるほどの固まりはなか
った。

【００６０】さらに、面状発光装置の導光板上には、色
変換部材及びその上に偏光板によって挟まれたＴＦＴ-
ＴＮ液晶装置とカラーフィルターが配置するよう構成さ
せた。フルカラー液晶装置のバックライトとして十分な
明るさが得られ駆動できることが確認できた。

【００６１】（比較例１）色変換部材中に含有させるフ
ォトルミネセンス蛍光物質を黄色蛍光染料であるペリレ
ン誘導体と誘導体を変化させ橙色蛍光染料としたペリレ
ン誘導体とをほぼ同量で混合した以外は実施例１と同様
にして形成させた。形成された面状発光装置は、分散性
自体は良かったものの時間と共に輝度が低下し色調がず
れた。これを分析すると赤色系の蛍光染料が劣化したも
のであった。

【００６２】（比較例２）緑色系蛍光体としてペリレン
誘導体から（ＺｎＣｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ａｌとし２５回転／
分の撹拌器で６分間混合撹拌させた以外は、実施例１と
同様にして面状発光装置を形成させた。分散性を図るた
めに形成されたスラリーを粒度ゲージを用いて調べた結
果、部分的な固まりがあった。形成された面状発光装置
は通電直後、一面にまだら模様の色むらが生じていた。

【００６３】（実施例２）アクリル樹脂を用いたモール
ド部材中に含有させるフォトルミネセンス無機蛍光体と
してＣｄＳ蛍光体及びフォトルミネセンス有機蛍光染料
としてローダミンＢを用いた以外は実施例１と同様にし
て色変換部材を形成させた。色変換部材を発光素子と導
光板との間に配置させた以外は実施例１と同様にさせて
ある。実施例１と同様、均一な白色系の面状発光装置を
得ることができた。

【００６４】

【発明の効果】本願発明の構成とすることにより高出力
の窒化物系化合物半導体の発光素子と、有機蛍光染料及
び無機蛍光体と、を利用した発光装置とすることにより
発光効率が高く色むら、色ずれ、輝度むらのない発光装
置とすることができる。特に、面状発光装置を構成させ
た場合においても高輝度大面積において発光効率が高く
色むら、色ずれ、輝度むらのない面状発光装置とするこ
とができる。さらに、ＲＧＢの発光成分を有することが
できるためカラーフィルターを用いた各種表示装置にお
いてもフルカラー表示とさせることもできる。

【００６５】本願発明の請求項１に記載の構成とするこ
とにより高輝度、長時間の使用においても色ずれ、発光
光率の低下が極めて少ない白色系が発光可能な発光装置
とすることができる。

【００６６】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色ずれ、輝度むら
がなく、より均一な大面積面状発光が可能な面状発光装
置とさせることができる。また、色変換部材が表示面上
にない場合は、表示面が色変換部材によって着色されな
い。

【００６７】本願発明の請求項３の構成とすることによ
り、より分散性が良く高効率に発光可能な発光装置とさ
せることができる。

【００６８】本願発明の請求項４に記載の構成とするこ
とにより、より高輝度にさせても色ずれが、色むらや輝
度むらの少ない発光装置とさせることができる。

【００６９】本願発明の請求項５に記載の構成とするこ
とにより、より高輝度に発光可能な発光装置とさせるこ
とができる。

【００７０】本願発明の請求項６に記載の構成とするこ
とにより、より高輝度にさせても色ずれの少ない発光装
置とさせることができる。

【００７１】本願発明の請求項７に記載の構成とさせる
ことによって、より高効率に白色系が発光可能な発光装
置とさせることができる。

【００７２】本願発明の請求項８に記載の構成とさせる
ことにより、大画面、高輝度に種々の情報を表示できる
表示装置とさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の発光装置の一例を示した模式図で
ある。

【図２】本願発明の面状発光装置を利用した表示装置
の模式的断面図である。

【図３】本願発明の発光装置の発光スペクトルを示し
た一例を示した図である。

【符号の説明】

１０１、２０１・・・色変換部材１０２・・・ＬＥＤチップ１０３・・・金属製支持体１０４、２０４・・・導光板１０５、２０５・・・反射部材１０６、２０６・・・拡散膜１０７、２０７・・・反射層２０３・・・支持体２１０・・・発光ダイオード２１１・・・液晶２１２・・・偏光板２１３・・・カラーフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光層が少なくとも窒化物系化合物半導体
である発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも
一部を吸収し前記発光素子からの発光よりも長波長光を
発光する色変換部材と、を有する発光装置において、前記色変換部材は、有機蛍光染料及び無機蛍光顔料であ
ることを特徴とする発光装置。
【請求項２】前記発光素子と光学的に接続された導光板
上に配置された色変換部材によって面状に発光可能、或
いは前記色変換部材を介して発光素子と導光板とが光学
的に接続されることによって面状に発光可能な請求項１
記載の発光装置。
【請求項３】前記有機蛍光染料及び無機蛍光顔料は、バ
インダー中に混合されている請求項１記載の発光装置。
【請求項４】前記色変換部材は、前記発光素子から発光
される第１の主発光波長よりも長い第２の主発光波長を
発光する有機蛍光染料と、前記第２の主発光波長よりも
長い第３の主発光波長を発光する無機蛍光顔料と、を有
する請求項１記載の発光装置。
【請求項５】前記有機蛍光染料が、ペリレン系誘導体染
料である請求項１記載の発光装置。
【請求項６】前記無機蛍光顔料が、セリウムで付活され
たイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である請
求項１の発光装置。
【請求項７】前記発光素子が、４００〜４９０ｎｍ内の
主発光ピークを有する半導体であって、前記有機蛍光体
染料の主発光ピークが４９５ｎｍ〜５９０ｎｍ内にあ
り、前記無機蛍光体の主発光ピークが５５０ｎｍ〜６４
０ｎｍ内にある請求項１記載の発光装置。
【請求項８】発光層が少なくとも窒化物系化合物半導体
である発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも
一部を吸収し前記発光素子からの発光よりも長波長光を
発光する有機蛍光染料及び無機蛍光顔料を有する蛍光物
質とからなる発光装置と、該発光装置と光学的に接続さ
れた液晶装置と、を有することを特徴とする表示装置。