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JP3995011B2 - 発光ダイオード - Google Patents

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Description

本発明は発光素子を樹脂モールドで包囲してなる発光ダイオード（以下ＬＥＤという）に係り、特に一種類の発光素子で多種類の発光ができ、さらに高輝度な波長変換発光ダイオードに関する。
一般に、ＬＥＤは図１に示すような構造を有している。１は１ｍｍ角以下に切断された例えばＧａＡｌＡｓ、ＧａＰ等よりなる発光素子、２はメタルステム、３はメタルポスト、４は発光素子を包囲する樹脂モールドである。発光素子１の裏面電極はメタルステム２に銀ペースト等で接着され電気的に接続されており、発光素子１の表面電極は他端子であるメタルポスト３から伸ばされた金線によりその表面でワイヤボンドされ、さらに発光素子１は透明な樹脂モールド４でモールドされている。
通常、樹脂モールド４は、発光素子の発光を空気中に効率よく放出する目的で、屈折率が高く、かつ透明度の高い樹脂が選択されるが、他に、その発光素子の発光色を変換する目的で、あるいは色を補正する目的で、その樹脂モールド４の中に着色剤として無機顔料、または有機顔料が混入される場合がある。例えば、ＧａＰの半導体材料を有する緑色発光素子の樹脂モールド中に、赤色顔料を添加すれば発光色は白色とすることができる。
しかしながら、従来、樹脂モールドに着色剤を添加して波長を変換するという技術はほとんど実用化されておらず、着色剤により色補正する技術がわずかに使われているのみである。なぜなら、樹脂モールドに、波長を変換できるほどの非発光物質である着色剤を添加すると、ＬＥＤそのもの自体の輝度が大きく低下してしまうからである。
ところで、現在、ＬＥＤとして実用化されているのは、赤外、赤、黄色、緑色発光のＬＥＤであり、青色または紫外のＬＥＤは未だ実用化されていない。青色、紫外発光の発光素子はII-VI族のＺｎＳｅ、IV-IV族のＳｉＣ、III-V族のＧａＮ等の半導体材料を用いて研究が進められ、最近、その中でも一般式がＧａXＡｌ1-XＮ（但しXは０≦X≦１である。）で表される窒化ガリウム系化合物半導体が、常温で、比較的優れた発光を示すことが発表され注目されている。また、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて、初めてｐｎ接合を実現したＬＥＤが発表されている（応用物理，６０巻，２号，ｐ１６３〜ｐ１６６，１９９１）。それによるとｐｎ接合の窒化ガリウム系化合物半導体を有するＬＥＤの発光波長は、主として４３０ｎｍ付近にあり、さらに３７０ｎｍ付近の紫外域にも発光ピークを有している。その波長は上記半導体材料の中で最も短い波長である。しかし、そのＬＥＤは発光波長が示すように紫色に近い発光色を有しているため視感度が悪いという欠点がある。
本発明はこのような事情を鑑みなされたもので、その目的とするところは、発光ピークが４３０ｎｍ付近、および３７０ｎｍ付近にある窒化ガリウム系化合物半導体材料よりなる発光素子を有するＬＥＤの視感度を良くし、またその輝度を向上させることにある。
本発明は、断面が凹状のメタルに配置されると共に、ｎ型及びｐ型に積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体である発光素子と、この発光素子を包囲する断面が凸レンズ状樹脂モールドと、この発光素子を包囲する凸レンズ状樹脂モールド中にあって、青色を発光する発光素子からの第１の可視光により励起されて、励起波長よりも長波長の第２の可視光を出して発光ダイオードの視感度を良くする蛍光顔料を有することを特徴とする発光ダイオードである。またｎ型及びｐ型に積層された窒化ガリウム系化合物半導体である発光素子からの光を変換する蛍光染料又は蛍光顔料が添加された波長変換発光ダイオード用樹脂において、前記波長変換発光ダイオード用樹脂は、前記発光素子が配設されている凹状部分内に配置しており、前記波長変換発光ダイオード用樹脂中の蛍光染料又は蛍光顔料は、発光素子からの青色の可視光により励起されて、励起波長よりも長波長の可視光を出して発光ダイオードの視感度を良くして成ることを特徴とする蛍光染料又は蛍光顔料が添加された波長変換発光ダイオード用樹脂である。
蛍光染料、蛍光顔料は、一般に短波長の光によって励起され、励起波長よりも長波長光を発光する。逆に長波長の光によって励起されて短波長の光を発光する蛍光顔料もあるが、それはエネルギー効率が非常に悪く微弱にしか発光しない。前記したように窒化ガリウム系化合物半導体はＬＥＤに使用される半導体材料中で最も短波長側にその発光ピークを有するものであり、しかも紫外域にも発光ピークを有している。そのためそれを発光素子の材料として使用した場合、その発光素子を包囲する樹脂モールドに蛍光染料、蛍光顔料を添加することにより、最も好適にそれら蛍光物質を励起することができる。したがって青色ＬＥＤの色補正はいうにおよばず、蛍光染料、蛍光顔料の種類によって数々の波長の光を変換することができる。さらに、短波長の光を長波長に変え、エネルギー効率がよい為、添加する蛍光染料、蛍光顔料が微量で済み、輝度の低下の点からも非常に好都合である。
図２は本発明のＬＥＤの構造を示す一実施例である。１１はサファイア基板の上にＧａＡｌＮがｎ型およびｐ型に積層されてなる青色発光素子、２および３は図１と同じくメタルステム、メタルポスト、４は発光素子を包囲する樹脂モールドである。発光素子１１の裏面はサファイアの絶縁基板であり裏面から電極を取り出せないため、ＧａＡｌＮ層のｎ電極をメタルステム２と電気的に接続するため、ＧａＡｌＮ層をエッチングしてｎ型層の表面を露出させてオーミック電極を付け、金線によって電気的に接続する手法が取られている。また他の電極は図１と同様にメタルポスト３から伸ばした金線によりｐ型層の表面でワイヤボンドされている。さらに樹脂モールド４には４２０〜４４０ｎｍ付近の波長によって励起されて４８０ｎｍに発光ピークを有する波長を発光する蛍光染料５が添加されている。
従来の一ＬＥＤの構造を示す模式断面図。 本発明のＬＥＤの一実施例の構造を示す模式断面図。
符号の説明
１１・・・発光素子
２・・・メタルステム
３・・・メタルポスト
４・・・樹脂モールド
５・・・蛍光染料

Claims (1)

  1. 基板上にｎ型及びｐ型に積層されてなる窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子と、
    電極となる第１のメタル及び第２のメタルと、
    前記発光素子を包囲する樹脂と、
    前記発光素子からの青色の可視光に励起されて、励起波長よりも長波長の可視光を発して前記発光素子の色補正をする、前記樹脂中に含有されてなる蛍光染料又は蛍光顔料と、
    前記窒化ガリウム系化合物半導体をエッチングしてｎ型層を表面に露出させてｎ電極を付け、該ｎ電極と前記第１のメタル及び第２のメタルの一方とを電気的に接続させてなる金線と、を有する発光ダイオード。
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