JPH10321906A

JPH10321906A - 発光ダイオード及びそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JPH10321906A
Application number: JP14338097A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsuno; 研二松野
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【目的】チップの状態で特性を測定することができ、
色のばらつきが少なく、かつ製造工程も複雑にならない
ようにする。【構成】１種類の色の光を発することができるもので
あり、１つの発光面１６０を有する半導体からなるチッ
プ１００と、前記発光面１１０に形成される薄膜１６０
とを備えており、前記薄膜１２０は、チップ１００の発
光面１１０からの光による励起で可視光を発する蛍光材
料を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードに
関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオードは、一対のリード部と、
このリード部の一方に形成された略碗状の凹部であるカ
ップ部にダイボンディングされる発光体としてのチップ
と、チップをモールドするモールド樹脂からなるモール
ド部とを有している。

【０００３】モールド部を構成するモールド樹脂に蛍光
材料を含有させ、チップからの光により蛍光材料を励起
させ、蛍光材料から発せられる光とチップから発せられ
る光とを混ぜるようにしたものがある。例えば、白色発
光の発光ダイオードとする場合には、チップに青色光を
発するものを使用し、モールド樹脂にその青色光に励起
されて黄色を発する蛍光材料を含有させておくといった
具合である。

【０００４】また、特開平７−９９３４５号公報に開示
されるように、カップ部を覆うモールド樹脂にのみ蛍光
材料を含有させ、そのモールド樹脂をもモールドするモ
ールド樹脂には蛍光材料を含有させないものもある。

【０００５】また、複数色の光を発することが可能な発
光ダイオードとしては、異なる色の光を発する複数のチ
ップをもったものや、特公平７−１８３５７６号公報に
開示されているように、活性層を少なくとも２層以上形
成することによって実現している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の発光ダイオードには以下のような問題点があ
る。まず、前者のものは、モールド樹脂を被せた状態、
すなわち発光ダイオードが完成した状態でないと、発す
る光の輝度、発光波長等の最も重要な特性が正確には分
からなかった。すなわち、モールド樹脂中において蛍光
材料が偏在すること等の種々の原因により、前記特性は
変化するのである。例えば、白色発光する発光ダイオー
ドであると、青色がかった白色から黄色がかった白色ま
でばらつきがあり、歩留りがよくなった。また、後者の
ものでは、カップ部を覆うモールド樹脂量の微妙な差に
より特に顕著な特性のばらつきがあった。

【０００７】また、複数色を発することができる発光ダ
イオードでは、活性層を２層以上形成するのであるか
ら、電極を形成するために深い溝を形成したり、活性層
を２段以上の階段状に形成する必要がある。これは、製
造工程を非常に複雑にする要因である。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
で、チップの状態で特性を測定することができ、色のば
らつきが少なく、かつ製造工程も複雑にならない発光ダ
イオード及びそれを用いた表示装置を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る発光ダイオ
ードは、１つの発光面を有する半導体からなるチップ
と、前記発光面に形成される薄膜とを備えており、前記
薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を
発する蛍光材料を含んでいる。光ダイオード。

【００１０】また、この発光ダイオードは、独立して発
光することができる複数の発光面を有する半導体からな
るチップと、個々の発光面の一部又は全部に形成される
別個の薄膜とを備えており、前記薄膜は、チップの発光
面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含ん
でおり、前記蛍光材料は、異なる可視光を発するものと
することも可能である。

【００１１】さらに、前記薄膜の屈折率は、チップを構
成する半導体の屈折率より小さく、チップをモールドす
るモールド樹脂の屈折率より大きく設定することが望ま
しい。

【００１２】一方、上述した発光ダイオードを複数個同
一基板上に形成して表示装置とすることも可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の形態に係る
発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平
面図、同図（Ｂ）は概略的断面図、図２は本発明の他の
第１の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であっ
て、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断
面図、図３は本発明の第２の形態に係る発光ダイオード
の図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図
（Ｂ）は概略的断面図、図４は本発明の他の第２の実施
の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図
（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図、図
５は本発明の第３の実施の形態に係る発光ダイオードの
図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）
は同図（Ａ) のＡ部の概略的拡大平面図、図６は本発明
の実施の形態に係る発光ダイオードを用いた表示装置の
図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）
は概略的断面図である。

【００１４】まず、本発明の第１の実施の形態に係る発
光ダイオードは、１種類の色の光を発することができる
ものであり、１つの発光面１６０を有する半導体からな
るチップ１００と、前記発光面１１０に形成される薄膜
１６０とを備えており、前記薄膜１２０は、チップ１０
０の発光面１１０からの光による励起で可視光を発する
蛍光材料を含んでいる。

【００１５】この発光ダイオードは、Ａｌ₂Ｏ₃の基板
１３０の上にＮ型のＧａＮ層１２０を積層し、当該Ｇａ
Ｎ層１２０の上に活性層としてのＧａＩｎＮ層１４０を
積層している。さらに、ＧａＩｎＮ層１４０の上にＰ型
のＧａＮ層１５０を積層している。そして、薄膜１６０
がＰ型のＧａＮ層１５０の上に積層されているのであ
る。

【００１６】まず、チップ１００は、平面視略正方形状
に形成されており、その対角には略１／４円弧状の電極
パッド１７０Ａ、１７０Ｂが形成されている。すなわ
ち、一方の電極パッド１７０ＡはＰ型電極用のパッドで
あり、他方の電極パッド１７０ＢはＮ型電極用のパッド
である。このチップ１００は、例えばＧａＮ系の紫外線
又は青色の光を発する半導体から構成されている。

【００１７】この一対の電極パッド１７０Ａ、１７０Ｂ
が形成された部分以外が、発光面１１０となる。この発
光面１１０の表面には、チップ１００から発する光を受
けて励起されて光を発する蛍光材料を含んだ薄膜１６０
がスピンオンコート法、ディップ法、スクリーン印刷等
の公知の方法のうち適宜な方法により形成されている。
この蛍光材料を含んだ薄膜１６０は、例えばＳｉＯ₂、
ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の無機材料を主成分としてい
る。なお、この薄膜１６０は、図１（Ａ）において右下
りの斜線で示している。

【００１８】なお、この薄膜１６０は、無機材料や樹脂
が主成分であり、その屈折率はチップ１００を構成する
半導体の屈折率より小さく、チップ１００をモールドす
る図示しないモールド樹脂の屈折率より大きく設定され
ている。

【００１９】ここで、屈折率を上述のように設定するこ
とにより、発光面１１０から発せられる光が効率よく外
部に放出される。

【００２０】ここで、蛍光材料としては適宜なものが選
択されるが、青色を発する蛍光材料としては（Ｓｒ，Ｃ
ａ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂や、ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇等
がある。また、赤色を発する蛍光材料としては、Ｙ₂Ｏ
₃や、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ₄等がある。さらに、緑色の光を
発する蛍光材料としては、ＬａＰＯ₄や、ＭｇＡｌ₁₁Ｏ
₁₉や、ＧｄＭｇＢ₅Ｏ₁₀等がある。

【００２１】この発光ダイオードは、通常の半導体素子
の製造プロセスに従って１枚のウエハに複数個同時に形
成される。その後、１つの発光ダイオードにダイシング
され、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程
及びモールド工程を経て完成する。

【００２２】ダイシング工程の以前にこの状態におい
て、かかる発光ダイオードの電極パッド１７０Ａ、１７
０Ｂから電流を供給すると、発光面１１０からは光が発
せられる。この光は、薄膜１１０に含まれる蛍光材料に
照射される。そして、蛍光材料は励起され光を発する。
すなわち、従来のようにモールド樹脂でモールドされて
初めて、つまり完成して初めてその輝度等の特性を測定
することができるのではなく、ウエハの状態で各発光ダ
イオードの特性を測定することが可能となるのである。

【００２３】この実施の形態に係る発光ダイオードで
は、発光面１１０の全面に薄膜１６０を形成したが、図
２に示すように、発光面１１０の一部、例えば半分にの
み薄膜１６０を形成するようにしてもよい。このように
薄膜１６０を発光面１１０の一部にのみ形成すると、薄
膜１６０を介さないで直接外部に射出された光と、薄膜
１６０を経て異なった色の光として外部に射出された光
とが混じり合い、前記実施の形態に係る発光ダイオード
とは異なる色の光を発する発光ダイオードとすることが
可能となる。

【００２４】上述した第１の実施の形態に係る発光ダイ
オードでは、１種類の色の光を発することができるもの
であったが、次に説明する第２の実施の形態に係る発光
ダイオードでは、複数種類の色の光を発することができ
る。

【００２５】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイ
オードは、図３に示すように、独立して発光することが
できる３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃを有
する半導体からなるチップ２００と、３つの発光面２１
０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの全部に形成される別個の薄
膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃとを備えており、前記
別個の薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃは、チップ２
００の発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃからの光に
よる励起によって光の三原色のうちいずれか１つの可視
光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異
なる可視光を発するものが選択されている。

【００２６】この発光ダイオードのチップ２００は、図
３（Ｂ）に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃の基板２３０の上
に、Ｎ型のＧａＮ層２２０を積層し、その上にＧａＩｎ
Ｎ或いはＧａＮからなる活性層２４０と、Ｐ型のＧａＮ
層２５０とを積層したものであり、Ｎ型のＧａＮ層が露
出された部分と、Ｎ型のＧａＮ層２２０まで掘られた２
本の溝部２８０Ａ、２８０Ｂとが形成されている。

【００２７】すなわち、２本の溝部２８０Ａ、２８０Ｂ
により、３つの別個独立した発光面２１０Ａ、２１０
Ｂ、２１０Ｃが形成されているのである。そして、この
３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０ＣにはＰ型の
電極パッド２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃが、Ｎ型のＧ
ａＮ層２２０が露出された部分にはＮ型の共通電極パッ
ド２７０が形成されている。

【００２８】前記３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２
１０Ｃには、それぞれ異なる光を発する蛍光材料を含ん
だ薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃが形成されてい
る。すなわち、図３において右側の発光面２１０Ａには
発光面２１０Ａからの光を受けて励起し赤色の光を発す
る蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ａが形成され、中央の発
光面２１０Ｂには発光面２１０Ｂからの光を受けて励起
し緑色の光を発する蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ｂが形
成され、左側の発光面２１０Ｃには発光面２１０Ｃから
の光を受けて励起し青色の光を発する蛍光材料を含んだ
薄膜２６０Ｃが形成されている。

【００２９】このチップ２００の各発光面２１０Ａ、２
１０Ｂ、２１０Ｃから発せられる光は紫外線か紫色のも
のである。この光を受けた各薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、
２６０Ｃは、その中に含まれる蛍光材料を励起させて光
の三原色の光を発する。従って、この発光ダイオードに
よるとフルカラーの光を発することが可能となる。

【００３０】また、この発光ダイオードに用いられる薄
膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃは、無機材料の微粒子
や樹脂が主成分であり、その屈折率はチップ１００を構
成する半導体の屈折率より小さく、チップ１００をモー
ルドする図示しないモールド樹脂の屈折率より大きく設
定されている。

【００３１】上述した第２の実施の形態に係る発光ダイ
オードにおいては、３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、
２１０Ｃの上にそれぞれ別個の蛍光材料を含んだ薄膜２
６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃを形成したが、図４に示す
ように、２つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂに薄膜２６０
Ａ、２６０Ｂを形成し、残余の１つの発光面２１０Ｃに
薄膜２６０Ｃに相当するものを形成しないとすることも
可能である。

【００３２】例えば、チップ２００の活性層２４０をＧ
ａＩｎＮで形成して青色の光を発するようにしておけ
ば、緑色の光を発する蛍光材料を含む薄膜２６０Ａを発
行面２１０Ａに、赤色の光を発する蛍光材料を含む薄膜
２６０Ｂを発光面２１０Ｂにそれぞれ形成すれば、フル
カラーの光を発することが可能となる。

【００３３】一方、図６に示すように、このチップ４０
０では、、１つの発光面４１０の上に２種類の薄膜４６
０を形成することも可能である。図６では、２種類の薄
膜４６０を１つの発光面４１０の上に交互に形成したも
のであり、隅部には一対の電極パッド４７０Ａ、４７０
Ｂが形成されている。このように構成されたものは、小
型の照明装置として使用することも可能である。

【００３４】この場合に、基板４２０の裏面側に例えば
アルミニウム等からなる反射膜４２１を形成しておけ
ば、光はすべて表面側から射出されるので効率の向上を
果たすことができる。これは、上述した第１及び第２の
実施の形態に係る発光ダイオードでも同様である。

【００３５】また、上述した第１及び第２の実施の形態
は１つの発光ダイオードに関するものであったが、図６
に示すように、複数個の発光ダイオードを同一基板上に
形成することによって表示装置とすることも可能であ
る。

【００３６】この表示装置では、全体を正方形状にする
ため、上述した第２の実施の形態に係る発光ダイオード
とは違って、平面視正方形状に形成されている。すなわ
ち、２つの溝３８０Ａ、３８０Ｂが十文字にクロスする
ことによって、１つのチップ３００を４分割し、そのう
ちの３つに異なった波長の可視光を発する蛍光材料を含
んだ薄膜３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃと各電極パッド
３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを形成し、残余の１つに
共通電極パッド３５０を形成するのである。そして、こ
のように構成されたチップ３００を縦横に複数個配列す
ることによって表示装置とするのである。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る発光ダイオードは、１つの
発光面を有する半導体からなるチップと、前記発光面に
形成される薄膜とを備えており、前記薄膜は、チップの
発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を
含んでいる。

【００３８】このように構成された発光ダイオードで
は、従来のようにモールド樹脂にモールドしてからその
諸特性を測定する必要がなく、チップ、すなわちウエハ
の状態で諸特性を測定することができる。また、モール
ド樹脂のように厚くない薄膜に蛍光材料を含ませておく
ので、蛍光材料の偏在に起因する色のばらつきが発生し
にくいという効果もある。さらに、発光ダイオードの製
造工程中、単に薄膜を発光面に形成する工程を追加する
だけでよいので、特に製造工程を複雑にすることなく、
上述の効果を有する発光ダイオードを製造することがで
きる。

【００３９】また、本発明に係る発光ダイオードは、独
立して発光することができる複数の発光面を有する半導
体からなるチップと、個々の発光面の一部又は全部に形
成される別個の薄膜とを備えており、前記薄膜は、チッ
プの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材
料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる可視光を発す
るものが用いられている。

【００４０】このように発光ダイオードを構成すること
により、独立して発光することができる発光面を任意に
発光させることにより、複数色の発光を得ることが可能
になる。

【００４１】また、独立して発光することができる３つ
の発光面を有する半導体からなるチップと、３つの発光
面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを備え、前
記別個の薄膜は、チップの発光面からの光による励起に
よって光の三原色のうちいずれか１つの可視光を発する
蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる可視光
を発するものであれば、フルカラーの発光ダイオードと
することができる。

【００４２】また、前記半導体を紫外線又は紫色の光を
発するＧａＡｌＩｎＮ系材料から構成し、３つの発光面
に形成される薄膜は、チップの発光面からの光による励
起で発する可視光が光の三原色となる材料を用いること
よっても可能である。

【００４３】さらに、前記半導体を青色の光を発するＧ
ａＡｌＩｎＮ系材料から構成し、３つの発光面のうち２
つの発光面に形成される薄膜は、前記光による励起で発
する光が緑色、赤色となる材料が用いられ、残余の１つ
の発光面には発光面からの光によって励起される蛍光材
料を含んだ薄膜が形成されていないように構成すること
でも、フルカラーの発光ダイオードとすることができ
る。

【００４４】また、前記薄膜を無機材料の微粒子を主成
分とすると、特に耐候性に優れたものとすることができ
る。

【００４５】一方、前記薄膜を樹脂を主成分とすると、
簡単に薄膜を形成することができる。

【００４６】さらに、前記薄膜の屈折率をチップを構成
する半導体の屈折率より小さく、チップをモールドする
モールド樹脂の屈折率より大きく設定すると、発光面１
１０から発せられる光を効率よく外部に導き出すことが
できる。

【００４７】一方、前記発光ダイオードを複数個同一基
板上に形成することにより、より簡単に発光ダイオード
の発光を利用した表示装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の形態に係る発光ダイオードの図
面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は
概略的断面図である。

【図２】本発明の他の第１の実施の形態に係る発光ダイ
オードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同
図（Ｂ）は概略的断面図である。

【図３】本発明の第２の形態に係る発光ダイオードの図
面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は
概略的断面図である。

【図４】本発明の他の第２の実施の形態に係る発光ダイ
オードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同
図（Ｂ）は概略的断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る発光ダイオー
ドの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図
（Ｂ）は同図（Ａ) のＡ部の概略的拡大平面図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る発光ダイオードを用
いた表示装置の図面であって、同図（Ａ）は概略的平面
図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。

【符号の説明】

１００チップ１１０発光面１６０薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つの発光面を有する半導体からなるチ
ップと、前記発光面に形成される薄膜とを具備してお
り、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で
可視光を発する蛍光材料を含んでいることを特徴とする
発光ダイオード。
【請求項２】独立して発光することができる複数の発
光面を有する半導体からなるチップと、個々の発光面の
一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備してお
り、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で
可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料
は、異なる可視光を発するものであることを特徴とする
発光ダイオード。
【請求項３】独立して発光することができる３つの発
光面を有する半導体からなるチップと、３つの発光面の
一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備してお
り、前記別個の薄膜は、チップの発光面からの光による
励起によって光の三原色のうちいずれか１つの可視光を
発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる
可視光を発するものであることを特徴とする発光ダイオ
ード。
【請求項４】前記半導体を紫外線又は紫色の光を発す
るＧａＡｌＩｎＮ系材料から構成し、３つの発光面に形
成される薄膜は、チップの発光面からの光による励起で
発する可視光が光の三原色となる材料が用いられている
ことを特徴とする請求項３記載の発光ダイオード。
【請求項５】前記半導体を青色の光を発するＧａＡｌ
ＩｎＮ系材料から構成し、３つの発光面のうち２つの発
光面に形成される薄膜は、前記光による励起で発する光
が緑色、赤色となる材料が用いられ、残余の１つの発光
面には発光面からの光によって励起される蛍光材料を含
んだ薄膜が形成されていないことを特徴とする請求項３
記載の発光ダイオード。
【請求項６】前記薄膜は、無機材料が主成分であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の発光
ダイオード。
【請求項７】前記薄膜は、樹脂が主成分であることを
特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の発光ダイ
オード。
【請求項８】前記薄膜の屈折率は、チップを構成する
半導体の屈折率より小さく、チップをモールドするモー
ルド樹脂の屈折率より大きいことを特徴とする請求項
１、２、３、４、５、６又は７記載の発光ダイオード。
【請求項９】請求項１、２、３、４、５、６、７又は
８記載の複数個の発光ダイオードを同一基板上に形成し
たことを特徴とする表示装置。