JP2000216434A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】発光装置、砲弾型発光ダイオード、チップタイプＬＥＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とした青色系が発光可能なＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの各電極とそれぞれ接続させた一対の外部電極と、前記ＬＥＤチップ上に設けられたコーティング部とを有する発光装置であって、
前記コーティング部は、透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置されると共に前記ＬＥＤチップから放出された可視光で励起されて波長変換した可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部とからなり、
前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する発光装置。
【請求項２】前記コーティング部の形状は、凸形状である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】前記蛍光物質が含有されたコーティング部を通過するＬＥＤチップからの光の光路長差を実質的に低減させることによって、色むらが低減するように第２のコーティング部を介して前記第１のコーティング部と前記ＬＥＤチップを配置してなる請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】前記ＬＥＤチップは、サファイア基板上に形成された前記発光層がＩｎＧａＮである請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】前記蛍光物質は、（Ｒｅ _1-x Ｓｍ _x ） ₃ （Ａｌ _1-y Ｇａ _y ） ₅ Ｏ ₁₂ ：Ｃｅである請求項１に記載の発光装置。
但し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１であり、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。
【請求項６】前記第１及び第２のコーティング部材は、透光性樹脂或いは硝子である請求項１に記載の発光装置。
【請求項７】窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とした青色系が発光可能なＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップ上に設けられたコーティング部と、前記ＬＥＤチップの各電極とそれぞれ接続された一対の外部電極とを有する発光装置であって、
前記コーティング部は、少なくとも一部にＬＥＤチップからの可視光によって励起され波長変換された可視光を発光する蛍光物質を含まれた薄膜をＬＥＤチップ上に接着させることによって形成させたことを特徴とする発光装置。
【請求項８】 マウント・リードのカップ内に配置された発光層が窒化ガリウム系化合物半導体である青色系が発光可能なＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップ上に設けられた透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置され前記ＬＥＤチップから放出された可視光で励起されて波長変換された可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部と、前記第２のコーティング部を被覆するモールド部材とを有し、
前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する砲弾型発光ダイオード。
【請求項９】前記モールド部材はレンズ形状である請求項８に記載の砲弾型発光ダイオード。
【請求項１０】凹状開口部内に配置させたＬＥＤチップと、前記凹部内のＬＥＤチップを被覆する透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に前記ＬＥＤチップからの可視光を吸収して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する透光性の第２のコーティング部とを有し、
前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示するチップタイプＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、バックライト光源、光センサ−や光プリンターなどの読みとり／書き込み光源、各種デ−タなどが表示可能な表示装置に用いられる発光ダイオードに係わり、特に蛍光物質と、発光素子と、を有し高輝度且つ均一に発光可能な発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ＲＧＢ（赤色系、緑色系、青色系）において、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に発光可能な発光素子（以下ＬＥＤチップとも言う。）がそれぞれ開発された。これに伴い、赤色系（Ｒ）、緑色系（Ｇ）、青色系（Ｂ）が発光可能な各ＬＥＤチップを用い混色発光させることでフルカラーＬＥＤ表示器が設置されつつある。このようなＬＥＤ表示器例としてフルカラ−大型映像装置などの他に、単一色表示を用いた文字表示板等がある。単一色表示として白色系は赤色系などの注意を引きつける色とは異なり、そのため長時間視認しても疲れにくい。このことから特に白色系などの単一色ＬＥＤ表示器が要望されている。
【０００３】
一方、ＬＥＤチップは優れた単色性のピーク波長を有する。そのため白色系などを表示させる場合には、ＲＧＢやＢ（青色系）Ｙ（黄色系）の混色など２種類以上のＬＥＤチップからの発光を混色させる必要がある。しかし、行き先表示板等に用いられるＬＥＤ表示器などにおいては必ずしも２種類以上のＬＥＤチップを用いて白色系など表示させる必要性はない。
【０００４】
そこで本願出願人は、ＬＥＤチップと蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色変換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとして特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発した。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤチップを用いて白色系など種々の発光色を発光させることができる。
【０００５】
具体的には、発光層のエネルギー・バンドギャップが大きいＬＥＤチップをリードフレームの先端に設けられたカップ上などに配置する。ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップが設けられたメタルステムやメタルポストとそれぞれ電気的に接続させる。そして、ＬＥＤチップを被覆するモールド部材中などにＬＥＤチップからの光を吸収し波長変換する蛍光体を含有させて形成させてある。
【０００６】
この場合、青色系の発光ダイオードと、その発光を吸収し黄色系を発光する蛍光物質などを選択することにより、これらの発光の混色を利用して白色系を発光させることができる。このような発光ダイオードは、白色系を発光する発光ダイオードとして利用した場合においても十分な輝度を発光する発光ダイオードとして利用することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードに用いられるマウント・リード上の反射カップ内などに単にＬＥＤチップ及び蛍光物質を実装させると、発光観測面において色むらを生じる場合がある。より詳しくは、発光観測面側から見てＬＥＤチップが配置された中心部が青色ぽっく、その周辺にリング状に黄、緑や赤色っぽい部分が見られる場合がある。人間の色調感覚は、白色において特に敏感である。そのため、僅かな色調差でも赤っぽい白、緑色っぽい白、黄色っぽい白などと感じる。
【０００８】
このような発光観測面を直視することによって生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでなく、ＬＥＤ表示器に応用した場合における表示面の色調むらや、光センサーなどの精密機器における誤差を生ずることにもなる。さらに、このような発光装置は、時間と共に発光輝度が低下する傾向にあるという問題を有する。本願発明は、上記問題点を解決し発光観測面における色調むらが極めて少なく高輝度に白色系などが発光可能な発光ダイオード及びその形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とした青色系が発光可能なＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの各電極とそれぞれ接続させた一対の外部電極と、ＬＥＤチップ上に設けられたコーティング部とを有する発光装置である。特に、コーティング部は、透光性の第１のコーティング部と、第１のコーティング部上に配置されると共にＬＥＤチップから放出された可視光で励起されて波長変換した可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部からなとからなり、前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発光装置は、さらにコーティング部の形状が凸形状である。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発光装置は、さらに蛍光物質が含有されたコーティング部を通過するＬＥＤチップからの光の光路長差を実質的に低減させることによって、色むらが低減するように第２のコーティング部を介して前記第１のコーティング部と前記ＬＥＤチップを配置してなる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発光装置は、さらにＬＥＤチップがサファイア基板上に形成されたＩｎＧａＮの発光層を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発光装置は、さらに蛍光物質が（Ｒｅ _1-x Ｓｍ _x ） ₃ （Ａｌ _1-y Ｇａ _y ） ₅ Ｏ ₁₂ ：Ｃｅである。但し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１であり、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｓｃからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発光装置は、さらに第１及び第２のコーティング部材が、透光性樹脂或いは硝子からなる。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発光装置は、さらに窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とした青色系が発光可能なＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップ上に設けられたコーティング部と、前記ＬＥＤチップの各電極とそれぞれ接続された一対の外部電極とを有する発光装置である。
【００１６】
特に、前記コーティング部は、少なくとも一部にＬＥＤチップからの可視光によって励起され波長変換された可視光を発光する蛍光物質を含まれた薄膜をＬＥＤチップ上に接着させることによって形成させたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の砲弾型発光ダイオードは、マウント・リードのカップ内に配置された発光層が窒化ガリウム系化合物半導体である青色系が発光可能なＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップ上に設けられた透光性の第１のコーティング部と、該第１のコーティング部上に配置され前記ＬＥＤチップから放出された可視光で励起されて波長変換された可視光を放出する蛍光物質が含有された透光性の第２のコーティング部と、前記第２のコーティング部を被覆するモールド部材とを有し、前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示する。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の砲弾型発光ダイオードは、さらにモールド部材はレンズ形状である。
【００１９】
本発明の請求項１０に記載のチップタイプＬＥＤは、凹状開口部内に配置させたＬＥＤチップと、前記凹部内のＬＥＤチップを被覆する透光性の第１のコーティング部と、該第 １のコーティング部上に前記ＬＥＤチップからの可視光を吸収して異なる可視光を発光する蛍光物質を含有する透光性の第２のコーティング部とを有し、
前記ＬＥＤチップから放出された可視光と、前記蛍光物質からの波長変換された可視光との混色を表示するチップタイプＬＥＤ。
【００２０】
【作用】
本願発明は、ＬＥＤチップ近傍の第１のコーティング部と、第１のコーティング部上に蛍光物質を有する第２のコーティング部とすることによってＬＥＤチップから放出される光の光路長差を実質的に低減させることによって発光装置の色調むらを低減させると共に蛍光物質が設けられたことによる光の閉じこめを緩和させることができる。そのため、長時間の使用においても発光輝度の低下が少ない均一光が発光可能な発光ダイオードなどとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、種々の実験の結果、発光素子と蛍光物質とを特定の配置関係とすることによって、発光観測面における色調むらや輝度低下を改善できることを見出し本願発明を成すに至った。
【００２２】
本願発明の構成によって、色調むらや輝度低下の改善が図れることは定かではないが以下の如く考えられる。即ち、発光素子から放出された光は、図５（Ａ）に示すように（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の如く様々な角度に放出される。このような光は、蛍光物質が含有されたコーティング部を通過する光路長がそれぞれ異なる。特に、ＬＥＤチップから放出される光の角度が浅い光ほど光路長が長くなる傾向にある。このため、光路長差によって蛍光物質に変換される光量が異なり、色調むらが生ずることとなる。特に（ｄ）、（ｅ）の領域では光路長が長いためＬＥＤチップからの光が蛍光物質によって波長変換される光が多くなり、発光観測面側から見て色調むらが生じやすいと考えられる。また、ＬＥＤチップから放出される光は、半導体内を導波管の如く伝搬し放出される光（ｆ）ある。このような光もＬＥＤチップ周辺の色調むら原因になると考えられる。
【００２３】
また、ＬＥＤチップ上に蛍光物質を有するコ−ティング部を直接配置させると、蛍光物質によってＬＥＤチップからの光が反射・散乱される割合が増える。特に、ＬＥＤチップ近傍では、ＬＥＤチップからの可視光が蛍光体物質によって反射散乱などされる回数が極端に増加し光の密度が高くなる。この結果、コ−ティング部の母材である有機樹脂などが劣化しやすく、最終的には輝度が低下する傾向にあると考えられる。
【００２４】
本願発明は、図５（Ｂ）の如く、ＬＥＤチップ上に第１のコーティング部、第２のコーティング部の積層構造とすることにより光路長差を少なくすると共にＬＥＤチップ近傍の光の散乱を少なく輝度の低下を抑制しうるものである。
【００２５】
具体的な発光装置の一例として、チップタイプＬＥＤを図２に示す。チップタイプＬＥＤとして外部電極を有し凹部が形成されたパッケージを用いた。凹部内に窒化ガリウム系化合物半導体を発光層としたＬＥＤチップがエポキシ樹脂によってダイボンディングされている。ＬＥＤチップの各電極と外部電極とは、それぞれ金線を用いてワイヤーボンディングされている。凹部のＬＥＤチップ上に第１のコーティング部としてエポキシ樹脂を塗布し乾燥させた。次に第２のコーティング部として、シリコーン樹脂の基材中に（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光物質を含有させたものを第１のコーティング部上に形成させた。
【００２６】
第１のコーティングと第２のコーティング部は、積層構成となっている。また、図２の如く第１のコーティング部の断面端部が上がっている。そのため第１のコーティング部の表面が、発光観測面側から見て窪んだ凹球面状をとる。第１のコーティング部が凹球面状をとることにより第２のコーティング部中の蛍光物質をより中心付近に集めることが可能となる。このような形状は、第１のコーティング部であるエポキシ樹脂の粘度及び硬化温度・時間を制御して作成することができる。これにより実質的な光路長差を少なくし、より色調むらや輝度低下の少ない発光装置とすることができる。以下、本願発明の構成部材について詳述する。
【００２７】
（コーティング部１０１、１０２、２０１、２０２、４０１、４０２）
本願発明のコーティング部とは、ＬＥＤチップを外部環境などから保護するものである。コーティング部は、ＬＥＤチップ上に設けられるものであり少なくとも一部にＬＥＤチップからの可視光によって励起され可視光を発光する蛍光物質を含む樹脂や硝子などである。いずれにしてもコーティング部は、ＬＥＤチップからの可視光の行路長差を低減させることによりＬＥＤチップと蛍光物質からの可視光を十分混色などさせられるものである。特に、本願発明のコーティング部は、蛍光物質が含有された単なる層形状としたものよりもＬＥＤチップから放出された光の光路長差がより少なくなるように設けられてある。また、効率よく外部に放出されるよう多層構成とさせてある。したがって、コーティング部の形状は、凸レンズ形状、種々の多層形状などが挙げられる。また、薄膜に形成されたコーティング部を接着させることによって形成させても良い。
【００２８】
第１のコーティング部１０１と、第２のコーティング部１０２の基材は、同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。異なる材料を用いる場合は、より外部に近い側に耐候性のある材料を用いることが好ましい。また、より内部にある材料ほど膨張の少ない材料を用いることが好ましい。このようなコーティング部を構成する具体的基材としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの透光性樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、第１のコーティング部及び第２のコーティング部の厚みは、それぞれ同じでも良いし、異なっていても良い。蛍光物質としては、ＬＥＤチップからの光などを考慮して有機、無機の染料や顔料等種々のものが挙げられる。
【００２９】
第１及び／又は第２のコーティング部には、拡散剤、着色剤や光安定剤を含有させても良い。着色剤を含有させることによってＬＥＤチップ及び／又は蛍光物質からの光を所望にカットするフィルター効果を持たせることができる。拡散剤を含有させることによって指向特性を所望に調節させることができる。光安定剤である紫外線吸収剤を含有させることによってコーティング部を構成する樹脂などの劣化を抑制することができる。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。光安定剤としては、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリシレート系、シアノアクリレート系、ヒンダードアミン系などが挙げられる。
【００３０】
また、コーティング部の主材料は、モールド部材と同じ材料を用いてもよいし、異なる部材としても良い。コーティング部を異なる部材で形成させた場合においては、ＬＥＤチップや導電性ワイヤーなどにかかる外部応力や熱応力をより緩和させることもできる。
【００３１】
（蛍光物質）
本願発明に用いられる蛍光物質としては、少なくとも半導体発光層から発光された可視光で励起されて可視光を発光する蛍光物質をいう。ＬＥＤチップから発光した可視光と、蛍光物質から発光する可視光が補色関係などにある場合やＬＥＤチップからの可視光とそれによって励起され発光する蛍光物質の可視光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合、ＬＥＤチップからの発光と、蛍光物質からの発光と、を混色表示させると白色系の発光色表示を行うことができる。そのため発光装置の外部には、ＬＥＤチップからの発光と蛍光物質からの発光とがコーティング部などを透過する必要がある。このような調整は、蛍光物質と樹脂などとの比率や塗布、充填量などを種々調整する。或いは、発光素子の発光波長を種々選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００３２】
さらに、第２のコーティング部内における蛍光物質の含有分布は、混色性や耐久性にも影響する。すなわち、第２のコーティング部の外部表面側からＬＥＤチップに向かって蛍光物質の分布濃度が高い場合は、外部環境からの水分などの影響をより受けにくく水分などによる劣化を抑制しやすい。
【００３３】
他方、蛍光物質の含有分布をＬＥＤチップからモールド部材表面側に向かって分布濃度が高くなると外部環境からの水分の影響を受けやすいがＬＥＤチップからの発熱、照射強度などの影響がより少なく蛍光物質の劣化を抑制することもできる。したがって、使用環境によって種々選択することができる。このような、蛍光物質の分布は、蛍光物質を含有する基材、形成温度、粘度や蛍光物質の形状、粒度分布などを調整させることによって種々形成させることができる。
【００３４】
半導体発光層によって励起される蛍光物質は、無機蛍光体、有機蛍光体、蛍光染料、蛍光顔料など種々のものが挙げられる。具体的な蛍光物質としては、ペリレン系誘導体やセリウム付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体である（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ，Ｌｕ，Ｓｃからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが挙げられる。特に、蛍光物質として（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅを用いた場合には、エネルギーバンドギャップの大きい窒化物系化合物半導体を発光層に用いたＬＥＤチップと接する或いは近接して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ^-2以上１０Ｗ・ｃｍ^-2以下においても高効率に十分な耐光性有する発光装置とすることができる。
【００３５】
（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
【００３６】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムなどとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００３７】
本願発明の発光装置において、蛍光物質は、２種類以上の蛍光物質を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。
【００３８】
（ＬＥＤチップ１０３、２０３、４０３）
本願発明に用いられるＬＥＤチップとは、蛍光物質を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体などが好適に挙げられる。このようなＬＥＤチップは、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させることができる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００３９】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましい。このサファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー層を低温で形成しその上にｐｎ接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させる。窒化ガリウム系半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。
【００４０】
窒化ガリウム系化合物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでｐ型化させることが好ましい。エッチングなどによりｐ型半導体及びｎ型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。
【００４１】
次に、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして窒化ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップを形成させることができる。
【００４２】
本願発明の発光装置において白色系を発光させる場合、蛍光物質との補色等を考慮して発光素子の主発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップと蛍光物質との効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、本願発明に主として用いられるＬＥＤチップの他、蛍光物質を励起させない或いは、励起されても蛍光物質から可視光などが実質的に発光されない光のみを発光するＬＥＤチップを一緒に配置させることもできる。この場合、白色系と、赤色や黄色などが発光可能な発光装置とすることもできる。
【００４３】
（マウント・リード１０４）
マウント・リード１０４は、ＬＥＤチップ１０３を配置させると共に蛍光物質を収容させるカップとを有することが好ましい。このようなカップを本願発明における開口部として機能させることもできる。ＬＥＤチップを複数設置しマウント・リードをＬＥＤチップの共通電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接続性を有することが好ましい。
【００４４】
マウント・リードの具体的な電気抵抗としては３００μΩｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩｃｍ以下である。また、マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／ｃｍ²／ｃｍ／℃以上が好ましくより好ましくは ０．５ｃａｌ／ｃｍ²／ｃｍ／℃以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。
【００４５】
（インナー・リード１０５）
インナー・リード１０５としては、マウント・リード１０４上に配置されたＬＥＤチップ１０３と接続された導電性ワイヤーとの接続を図るものである。マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを設けた場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤーボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどによってマウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。
【００４６】
インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリード・フレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、或いは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
【００４７】
インナー・リードは、導電性ワイヤーであるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３００μΩｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩｃｍ以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【００４８】
（電気的接続部材１０６）
電気的接続部材である導電性ワイヤー１０６などとしては、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／ｃｍ²／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ²／ｃｍ／℃以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの場合、好ましくは、直径Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各ＬＥＤチップの電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【００４９】
（モールド部材１０７）
モールド部材１０７は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電性ワイヤー１０６、蛍光物質が含有されたコーティング部１０２などを外部から保護するために好適に設けることができる。モールド部材１０７は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。モールド部材を所望の形状にすることによってＬＥＤチップからの発光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従って、モールド部材は複数積層した構造としてもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状や円形などそれらを複数組み合わせた物などが挙げられる。また、ＬＥＤチップからの光を集光させレンズ形状を採る場合においては、発光観測面側から見て発光面が拡大されるため光源の色調むらが特に顕著に現れる。従って、本願発明の色むら抑制の効果が特に大きくなるものである。
【００５０】
モールド部材の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透光性樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップからの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。拡散剤の具体的材料としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。さらに、モールド部材とコーティング部とを異なる部材で形成させても良い。また、屈折率を考慮してモールド部材とコーティング部とを同じ部材を用いて形成させることもできる。
【００５１】
（基板４０４）
ＬＥＤチップ４０３が多数配置される高精細、高視野角及び小型薄型ＬＥＤ表示器用の基板４０３としては、ＬＥＤチップ４０３及び電気的接続部材などと蛍光物質を含有させる複数の凹状開口部を設けた導体配線層を有するものが好適に挙げられる。このような基板においては、複数のＬＥＤチップを直接同一基板上に高密度実装させるとＬＥＤチップからの放熱量が多くなる。ＬＥＤチップからの熱を十分放熱できず、また蛍光物質を樹脂中に均一に分散させなければコーティング部の部分的な亀裂や着色などの劣化を生じさせる場合もある。
【００５２】
したがって、凹状開口部を設けた導体配線層を有する基板としては、放熱性の優れ蛍光物質を含有させたコーティング部などとの密着性が良いことが望まれる。このような凹状開口部を有する配線基板材料としては、セラミックス基板、金属をベースにし絶縁層を介して導体配線層を有する金属基板、熱伝導性フィラー入り耐熱性有機樹脂基板が好適に挙げられる。これらの基板は、凹状開口部と配線部層とを一体的に形成することが可能である。セラミックス基板では孔開き基板の積層、金属基板ではプレス加工、有機樹脂基板では樹脂成型により凹状開口部と配線部が一体化したＬＥＤ表示器を簡易に形成させることができる。
【００５３】
特に、放熱性や耐候性の点においてアルミナを主としたセラミックス基板がより好ましい。具体的には、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板、や原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸硝子、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス基板等である。
【００５４】
このような基板は、焼成前のグリーンシート段階で種々の形状をとることができる。配線は、タングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたものを配線パターンとして、グリーンシート上などで所望の形状にスクリーン印刷などさせることによって構成させることができる。また、開口したグリーンシートを多層に張り合わせることなどによりＬＥＤチップや蛍光物質を含有させる開口部をも自由に形成させることができる。したがって、円筒状や孔径の異なるグリ−ンシ−トを積層することで階段状の開口部側壁などを形成することも可能である。このようなグリーンシートを焼結させることによってセラミックス基板が得られる。また、それぞれを焼結させた後、接着させて用いてもよい。
【００５５】
また、最表面のグリーンシートには、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃などをグリーンシート自体に含有させることによって形成された基板表面だけを暗色系にさせることができる。このような最表面を持った基板は、コントラストが向上しＬＥＤチップや蛍光物質の発光をより目立たせることにもなる。
【００５６】
開口部に向かって広がった側壁は、更なる反射率を向上させることができる。凹状開口部の側壁形状は、ＬＥＤチップからの発光の損失を避けるために光学的に反射に適した直線上のテ−パ−角ないしは曲面、又は階段状が挙げられる。また、凹状開口部の深さは第１のコーティング部となるスリラーや第２のコーティング部となる蛍光物質を分散したスラリーが流れ出るのを防止すると共に、ＬＥＤチップからの直射光を遮蔽しない範囲での角度により決められる。したがって、凹状開口部の深さは、０．３ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以内がより好ましい。
【００５７】
基板の凹状開口部は、ＬＥＤチップ、電気的接続部材や第１及び第２のコーティング部などを内部に配置させるものである。したがって、ＬＥＤチップをダイボンド機器などで直接積載などすると共にＬＥＤチップとの電気的接続をワイヤーボンディングなどで採れるだけの十分な大きさがあれば良い。凹状開口部は、所望に応じて複数設けることができ、１６ｘ１６や２４ｘ２４のドットマトリックスや直線状など種々選択させることができる。凹状開口部のドットピッチが４ｍｍ以下の高細密の場合には、砲弾型発光ダイオードランプを搭載する場合と比較して大幅にドットピッチが縮小したものとすることができる。また、このような基板を用いたＬＥＤ表示器は、ＬＥＤチップからの放熱性に関連する種々の問題を解決できる高密度ＬＥＤディスプレイ装置とすることができる。ＬＥＤチップと基板底部との接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、フェースダウンＬＥＤチップなどにより基板に設けられた配線と接着させると共に電気的に接続させるためにはＡｇペースト、ＩＴＯペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。
【００５８】
また、基板上に形成された配線には、導電率、ＬＥＤチップや蛍光物質が配される基板底部の反射率などを向上させるために銀、金、銅、白金、パラジウムやこれらの合金を蒸着やメッキ処理などを施して形成させることもできる。
【００５９】
（ＬＥＤ表示装置）
本願発明の発光ダイオードを用いたＬＥＤ表示器の一例を示す。本願発明においては、白色系発光装置のみを用い白黒用のＬＥＤ表示装置とすることもできる。白黒用のＬＥＤ表示器は、本願発明の発光装置である発光ダイオードをマトリックス状などに配置したものや所望に応じて配置された複数の凹部を有する基板上にＬＥＤチップ及びコーティング部を有する構成することができる。各ＬＥＤチップを駆動させる駆動回路とＬＥＤ表示器とは、電気的に接続される。駆動回路からの出力パルスによって種々の画像が表示可能なデイスプレイ等とすることができる。駆動回路としては、入力される表示データを一時的に記憶させるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭに記憶されるデータからＬＥＤ表示器を所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算する階調制御回路と、階調制御回路の出力信号でスイッチングされて、発光装置を点灯させるドライバーとを備える。階調制御回路は、ＲＡＭに記憶されるデータから発光装置の点灯時間を演算してパルス信号を出力する。
【００６０】
このような、白黒用のＬＥＤ表示器はＲＧＢのフルカラー表示器と異なり当然回路構成を簡略化できると共に高精細化できる。そのため、ＲＧＢの発光装置の特性に伴う色むらなどのないディスプレイとすることができる。また、消費電力を３分の１程度に低減させることができるため電池電源との接続の場合は、使用時間を延ばすことができる。さらに、従来の赤色、緑色のみを用いたＬＥＤ表示器に比べ人間に対する刺激が少なく長時間の使用に適している。以下、本願発明の実施例について説明するが、本願発明は具体的実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００６１】
【実施例】
（実施例１）
主発光ピークが４６０ｎｍのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ半導体を発光層としたＬＥＤチップを用いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ₄とＣｐ₂Ｍｇと、を切り替えることによってｎ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とした。サファイア基板上には、バッファー層であるＧａＮを介して第１のコンタクト層であるｎ型導電性を有するＧａＮ、発光層であるＩｎＧａＮ、第１のクラッド層であるｐ型導電性を有するＡｌＧａＮ、第２のコンタクト層であるｐ型導電性を有するＧａＮをそれぞれ形成させてある。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。また、発光層の厚みは、量子効果が生ずる程度の３ｎｍとしてある。）
エッチングによりｐｎ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法により各電極をそれぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子として３５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。
【００６２】
一方、銀メッキした銅製リードフレームを打ち抜きにより形成させた。形成されたリードフレームは、マウント・リードの先端にカップを有する。カップには、ＬＥＤチップをＡｇが含有されたエポキシ樹脂でダイボンディングした。ＬＥＤチップの各電極とマウント・リード及びインナー・リードと、をそれぞれ金線でワイヤーボンディングし電気的導通を取った。ＬＥＤチップ上にシリコーンゴムをＬＥＤチップが積置されたカップ上に注入した。注入後、１２５℃約１時間で硬化させ第１のコーティング部を形成させた。
【００６３】
蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成させた。
【００６４】
形成された（Ｙ_0.4Ｇｄ_0.6）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体４０重量部、エポキシ樹脂１００重量部をよく混合してスラリーとさせた。このスラリーをマウント・リードのカップ内である第１のコーティング部上に注入させた。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を１３０℃約１時間で硬化させた。こうして図５（Ｂ）の如く、第１のコーティング部上に厚さ約０．４ｍｍの蛍光物質が含有された第２のコーティング部が形成させた。さらに、ＬＥＤチップや蛍光物質を外部応力、水分及び塵芥などから保護する目的でモールド部材として透光性エポキシ樹脂を形成させた。モールド部材は、砲弾型の型枠の中に蛍光物質のコーティング部が形成されたリードフレームを挿入し透光性エポシキ樹脂を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた。こうして図１の如き発光装置である発光ダイオードを形成させた。
【００６５】
こうして得られた白色系が発光可能な発光ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定した。色温度８０８０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．４を示した。さらに、測定点を０度から１８０度まで４５度づつ発光装置の中心上を通るように移動させ各地点における色度点を測定した。また、Ｉｆ＝６０ｍＡ、Ｔａ＝２５℃での寿命試験を行った。
【００６６】
（比較例１）
第１のコーティング部を形成させず、第２のコーティング部のみを用いてコーティング部を形成した以外は、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップが配置されたカップ内のみに蛍光物質として（Ｙ_0.4Ｇｄ_0.6）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体含有樹脂を注入し硬化させた。こうして形成された発光ダイオードの色度点及び寿命試験結果を実施例１と同様に測定した。測定結果を実施例１と共に図６及び図７に示す。図７においては、実施例１を基準にして表してある。
【００６７】
（実施例２）
ドットマトリクス状に凹状開口部を有する配線基板としてセラミックス基板を使用した。凹状開口部はセラミックス基板製造時に配線層のない孔開きグリ−ンシ−トを積層することで形成させた。１６×１６ドットマトリクスの凹状開口部のドットピッチを３．０ｍｍ、開口部径を２．０ｍｍΦ、開口部深さを０．８ｍｍとした。全長は４８ｍｍ角の基板とした。配線層は、タングステン含有バインダーを所望の形状にスクリーン印刷させることにより形成させた。各グリーンシートは、重ね合わせて形成させてある。なお、表面層にあたるグリーンシートには、基板のコントラスト向上のために酸化クロムを含有させてある。これを焼結させることによってセラミックス基板を構成させた。配線層はドットマトリクスに対応したコモン、信号線を敷設し表面はＮｉ／Ａｇメッキを施している。セラミックス基板からの信号線の取り出しは、金属コバ−ルによる接続ピンを銀ロウ接続により形成した。なお、階段状の開口部径は、下層は１．７ｍｍΦ、上層部開口部径は２．３ｍｍΦである。
【００６８】
一方、半導体発光素子であるＬＥＤチップとして、主発光ピークが４５０ｎｍの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Ｃｐ₂Ｍｇと、を切り替えることによってｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しｐｎ接合を形成させた。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
エッチングによりｐｎ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法により各電極をそれぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子としてＬＥＤチップを形成させた。この青色系が発光可能なＬＥＤチップをエポキシ樹脂で基板開口部内の所定の場所にダイボンディング後、熱硬化により固定させた。その後２５μｍの金線をＬＥＤチップの各電極と、基板上の配線とにワイヤ−ボンディングさせることにより電気的接続をとった。凹部内の下段には、第１のコーティング部としてシリコーン樹脂を注入させ１３０℃１時間で硬化させた。第１のコーティング部の厚みは略０．４ｍｍであった。
【００６９】
また、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと、を混合させ混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成させた。形成された（Ｙ_0.5Ｇｄ_0.5）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光物質１０重量部、シリコーン樹脂９０重量部をよく混合してスラリーとさせた。このスラリーを第１のコーティング部上の上段である凹状開口部内にそれぞれ注入させた。注入後、蛍光物質が含有された樹脂を１３０℃１時間で硬化させＬＥＤ表示器を形成させた。第２のコーティング部の厚みは０．４ｍｍであった。また、この時のＬＥＤ表示器の厚みはセラミックス基板の厚み２．０ｍｍしかなく、砲弾型ＬＥＤランプ使用のディスプレイ装置と比較して大幅な薄型化が可能であった。
【００７０】
このＬＥＤ表示器と、入力される表示データを一時的に記憶させるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭに記憶されるデータから発光ダイオードを所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算する階調制御回路と階調制御回路の出力信号でスイッチングされて発光ダイオードを点灯させるドライバーとを備えたＣＰＵの駆動手段と、を電気的に接続させてＬＥＤ表示装置を構成した。ＬＥＤ表示器近傍においても各開口部における色調むらは確認されなかった。
【００７１】
【発明の効果】
本願発明の構成とすることにより、高視野角においても混色に伴う色調むらが少なく、高輝度に信頼性が高い発光ダイオードなどとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の発光ダイオードを示した概略断面図である。
【図２】図２は、本願発明の別の発光ダイオードを示した概略断面図である。
【図３】図３は、本願発明の発光装置を応用したＬＥＤ表示器の概略模式図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面における部分的な模式的断面図である。
【図５】図５は、本願発明の作用を説明するための模式的断面図であり、図５（Ａ）は、比較のために示した発光装置の断面図であり、図５（Ｂ）は、本願発明の模式的断面図である。
【図６】図６は、実施例１と比較例１の色調むらを表す図面であって、実線が実施例１であり、破線が比較例１を示す。
【図７】図７は、実施例１と比較例１の寿命試験結果を表すグラフであって、実線が実施例１であり、破線が比較例１を示す。
【符合の説明】
１０１、２０１、４０１・・・第１のコーティング部
１０２、２０２、４０２・・・第２のコーティング部
１０３、２０３、４０３・・・ＬＥＤチップ
１０４・・・マウント・リード
１０５・・・インナー・リード
１０６、２０６・・・電気的接続部材
１０７・・・モールド部材
２０４・・・外部電極
２０７・・・パッケージ
４０４・・・基板
４０５・・・導体配線