JP2002111073A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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JP2002111073A JP2000298579A JP2000298579A JP2002111073A JP 2002111073 A JP2002111073 A JP 2002111073A JP 2000298579 A JP2000298579 A JP 2000298579A JP 2000298579 A JP2000298579 A JP 2000298579A JP 2002111073 A JP2002111073 A JP 2002111073A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の発光素子チップで多様な中間色調の発
光を可能とし、小型かつ安価であると共に、電流消費量
の少ない発光ダイオードを提供すること。 【解決手段】 電極３３，３４が形成された基板３２の
上面に発光素子チップ４１を載置し、この発光素子チッ
プ４１の上面側を樹脂材５５で封止してなる発光ダイオ
ード３１において、前記樹脂材５５にイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）からなる蛍光粒子５
２及び前記発光素子チップ４１からの光および前記蛍光
粒子５２によって波長変換された光の波長の一部を吸収
する染料からなる色素粒子５３を含有させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子チップ本
来の発光色をパステル調のやわらかな中間色の発光に変
換する発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、中間色の発光を得るためには、発
色の異なる２種以上の発光素子チップを同時に発光さ
せ、それを多色混合することで実現させていた。この種
の発光ダイオードとしては、例えば図６に示したよう
に、２色の発光素子チップ３，４で構成された表面実装
型の発光ダイオード１が知られている。これは、台座と
なる部分にはガラスエポキシ基板２が使用され、この上
に発光色の異なる２つの発光素子チップ３，４を載置
し、その上方を樹脂封止体５によって被覆したものであ
る。前記ガラスエポキシ基板２の上面には上記２つの発
光素子チップ３，４を固定するためのカソード電極６
ａ，６ｂと、各発光素子チップ３，４をボンディングワ
イヤ７によって接続するアノード電極８ａ，８ｂが設け
られている。
【０００３】上記の発光ダイオード１において、２つの
発光素子チップ３，４を青色と赤色で構成した場合、両
者を同時に発光させることで混合色である紫色の発光が
得られる。
【０００４】また、図７に示したように、３色の発光素
子チップを搭載して多色混合の発光色を得るようにした
発光ダイオード１０も知られている。これは台座１１の
上面に赤色、青色、緑色に発光する３種類の発光素子チ
ップ１２，１３，１４を載置すると共に、この発光素子
チップ１２，１３，１４と各電極端子１５，１６，１７
とを接続し、これら発光素子チップ１２，１３，１４の
上方を砲弾形の樹脂封止体１８によって被覆した構造の
ものである。このような構造の発光ダイオード１０にあ
っては、組み合わせによってほとんどの色発光を得るこ
とができる（電子ディスプレイ ２１３頁 図６・２０
松本正一編著 株式会社オーム社 平成７年７月７日
発行）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
発光ダイオード１，１０のいずれにおいても、中間色調
の発光を得るために、発色の異なる２種以上の発光素子
チップを備えなければならない。このため、発光ダイオ
ードのパッケージが大きくなると共に、搭載した発光素
子チップを個別に制御する制御回路も必要になり、制御
方法が複雑になるといった問題があった。また、組み合
わせる発光素子チップの種類によっては、輝度のバラン
スをうまくとれない場合がある。例えば、組み合わせる
発光素子チップの中に輝度の低いものがあれば、この低
い方の発光素子チップに合わせて調整をしなければなら
ないため、輝度の高い発光素子チップの性能が生かし切
れないといった問題もある。
【０００６】また、上記の発光ダイオード１，１０にあ
っては、同時に複数の発光素子チップを発光させなけれ
ばならないために、電流消費量が大きくなってしまうと
いった問題もあった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、単一の発光素子
チップで多様な中間色調の発光を可能とし、小型かつ安
価であると共に、電流消費量の少ない発光ダイオードを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、電極が
形成された基板の上面に発光素子チップを載置し、この
発光素子チップの上面側を樹脂材で封止してなる発光ダ
イオードにおいて、前記樹脂材に蛍光粒子及び色素粒子
を含有したことを特徴とする。
【０００９】この発明によれば、前記樹脂材に広波長域
の発光を得るための蛍光粒子及び任意の波長域を吸収さ
せるための色素粒子を含有させたことで、単一の発光素
子チップの発光色のみでパステル調のやわらかな中間色
を発光させることが可能となった。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の発光ダ
イオードにおいて、前記蛍光粒子がイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）であることを特徴とす
る。
【００１１】この発明によれば、前記蛍光粒子にイット
リウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を用いて
いるため、この蛍光粒子を励起することで４００nm〜７
００nmの広波長域の発光を安定且つ効率よく得ることが
できる。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１記載の発光ダ
イオードにおいて、前記色素粒子が発光素子チップから
の光および前記蛍光粒子によって波長変換された光の波
長の一部を吸収する染料であることを特徴とする。
【００１３】この発明によれば、前記蛍光粒子に染料を
用いることで、パステル調のやわらかな中間色を低コス
トで作り出すことができる。
【００１４】請求項４の発明は、請求項１記載の発光ダ
イオードにおいて、前記発光素子チップが、窒化ガリウ
ム系化合物半導体によって形成された青色発光ダイオー
ド素子であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
に係る発光ダイオードの実施の形態を詳細に説明する。
図１乃至図３は、表面実装型の発光ダイオードに適用し
た場合の第１実施例を示したものである。この実施例に
係る表面実装型の発光ダイオード３１は、矩形状の基板
３２に一対の電極（カソード電極３３とアノード電極３
４）をパターン形成し、この電極３３，３４の下面側を
マザーボード３７上のプリント配線３８，３９に半田４
０で固定することによって表面実装を実現するものであ
る。
【００１６】前記基板３２の上面略中央部には発光素子
チップ４１が載置され、その下面側に塗布された接着剤
５１によって基板３２に固定されている。この発光素子
チップ４１は窒化ガリウム系化合物半導体からなる青色
発光素子であり、図３に示すように、サファイアガラス
からなる素子基板４３の上面にｎ型半導体４４とｐ型半
導体４５を拡散成長させた構造からなる。前記ｎ型半導
体４４及びｐ型半導体４５はそれぞれｎ型電極４６，ｐ
型電極４７を備えており、前記基板３２に設けられたカ
ソード電極３３及びアノード電極３４にボンディングワ
イヤ４８，４９によって接続され、一定の電流を流すこ
とで発光素子チップ４１が青色に発光する。
【００１７】このような構成からなる発光素子チップ４
１は、その上方から蛍光粒子５２及び色素粒子５３を分
散させた樹脂材５５で覆われて基板３２面に封止保護さ
れる。樹脂材５５は、エポキシ樹脂あるいはシリコン樹
脂基材に、蛍光粒子５２の原料となるイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット（以下、略してＹＡＧという）
と、色素粒子５３の原料となる染料をそれぞれ適量混入
し、これらを均一に分散させたものである。このように
して構成された樹脂材５５は、前記カソード電極３３及
びアノード電極３４のスルーホール部３５を残して基板
３２の上面に直方体形状に形成される。
【００１８】色素粒子５３として用いられる染料は、例
えば、フタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合
物、アゾ系化合物、キノフタロン系化合物の４種類であ
り、これら４種類をベースとして適量に混合し、青、
緑、黄、橙、赤、紫の６色を予め作る。この場合、青色
はフタロシアニン系化合物が用いられ、緑色はフタロシ
アニン系化合物とアントラキノン系化合物を混合して作
られる。また、黄色はキノフタロン系化合物が用いら
れ、橙色と赤色はアントラキノン系化合物とアゾ系化合
物を混合して作られる。さらに、紫色はアントラキノン
系化合物が用いられるか、又はフタロシアニン系化合
物、アントラキノン系化合物及びアゾ系化合物を適量混
合して作られる。本実施形態ではこのようにして予め作
られた６色をさらに混色させることで所望の色度を出す
ようにしている。なお、色素粒子５３としては、上記の
ような染料に限られることなく顔料を利用することも可
能である。
【００１９】従って、上記実施形態における発光ダイオ
ード３１にあっては、発光素子チップ４１に電流が流れ
ると、ｎ型半導体４４とｐ型半導体４５との境界面で青
色発光し、この青色発光が上方、側方及び下方へ青色光
５６として発光する。特に上方側へ発光した青色光５６
は、樹脂材５５の中に分散されている蛍光粒子５２を励
起することで、波長変換された広波長の黄色光５７が樹
脂材５５の中を四方八方に発光する。また、同時に前記
黄色光５７及び青色光５６が樹脂材５５に分散された色
素粒子５３を透過する際、この黄色光５７及び青色光５
６の波長の一部を色素粒子５３が吸収するため多様な中
間色光５８が得られる。この中間色光５８は、樹脂材５
５中に含有させる色素粒子５３の原料である染料の種類
や混入量によってすべての中間色をカバーすることがで
きる。また、発光素子チップ４１に流す電流値を制御す
ることによって、中間色調の輝度を調整することもでき
る。
【００２０】図４は、上記発光ダイオード３１を用いて
種々の中間色光５８を得た時の色度測定の結果をＣＩＥ
色度図で示したものである。これによれば、使用する色
素粒子５３の種類によって発光色は異なってくるが、多
くが白色の周りの中間色帯で発光しており、赤色ＬＥ
Ｄ、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤを結ぶ線上付近での原色
に近い所での発光は少ないことが分かる。
【００２１】図５は本発明に第２実施形態の発光ダイオ
ードを示したものである。この実施形態では、上記基板
３２と発光素子チップ４１とを接着固定する接着剤５１
の中にも蛍光粒子５２を混入させて蛍光接着層６０を形
成し、発光素子チップ４１の下方側での発光を有効に波
長変換することで、より明るい中間色光を得るようにし
たものである。なお、他の構成要素は上記図１〜図３に
示した第１実施形態と同様であるので詳細な説明は省略
する。この実施形態においては、蛍光粒子５２が接着剤
５１に混入されているので、発光素子チップ４１から下
方向に発した青色光５６は前記蛍光接着層６０内に含有
された蛍光粒子５２を励起する一方、発光素子チップ４
１の上方向に発した青色光５６が樹脂材５５に混入され
ている蛍光粒子５２を励起することで、より明るい黄色
光５７が得られる。また、色素粒子５３を透過し得られ
る中間色光５８も増加するため、より明るい中間色発光
を得ることができる。
【００２２】次に、上記構成からなる発光ダイオード６
１における発光の特徴を図５に基づいて説明する。発光
素子チップ４１に電流が流れると、ｎ型半導体４４とｐ
型半導体４５との境界面で青色発光し、この青色発光が
上方、側方及び下方へ青色光５６として発光する。特に
下方側へ発光した青色光５６は蛍光接着層６０の中に分
散されている蛍光粒子５２を励起し、それによって波長
変換を受けて四方八方に黄色光５７として発光する。そ
して、この黄色光５７および青色光５６が、樹脂材５５
に分散されている色素粒子５３によって吸収され、所望
の中間色光５８が得られる。この中間色光５８は、上記
第１実施例と同様に、樹脂材５５中に含有させる色素粒
子５３の原料である染料の種類や量によって所望の色度
を得ることができる。また、発光素子チップ４１に流す
電流値を制御することによって、発光の輝度を調整する
こともできる。
【００２３】なお、上記いずれの実施例も、図２に示し
たように、マザーボード３７上のプリント配線３８，３
９に直接表面実装されるチップ型の発光ダイオードにつ
いて説明したものであるが、この発明の発光ダイオード
は、リードフレーム型のものにも適用することができ
る。即ち、発光素子チップが載置される台座の上に窒化
ガリウム系化合物半導体からなる青色の発光素子チップ
を固着した後、砲弾形の樹脂封止体の中に蛍光粒子５２
や色素粒子５３を適量分散させることで中間色光の発光
を得ることができる。
【００２４】また、上記いずれの実施例も発光素子チッ
プと電極をボンディングワイヤによって接続した場合に
ついて説明したが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば半田バンプを用いたフリップチップ実装
などの接続方法も含まれるものである。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る発光
ダイオードによれば、発光素子チップを封止する樹脂材
に蛍光粒子や色素粒子を適量分散して形成しているた
め、これらの蛍光粒子や色素粒子の配分量を調整するこ
とで、吸収波長域および吸収量を変化させることがで
き、多様な中間色調の発光色を出すことができる。この
ため、単一の発光素子チップで中間色発光することので
きる発光ダイオードの製造が容易になった。
【００２６】また、従来のように発光色の異なった２種
以上の発光素子チップを組み込む必要がないため、発光
ダイオードの小型化が可能となる。
【００２７】また、発光ダイオードの発光色が樹脂材に
混入させる蛍光粒子や色素粒子によって決まるため、発
光素子チップに流す電流値を制御するといった操作も不
要で、多様な中間色調の発光が得られる。
【００２８】また、本発明に係る発光ダイオードは、表
面実装タイプのチップ型発光ダイオードとして最適であ
り、量産性にも優れた構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの第１実施例を示
す斜視図である。
【図２】上記発光ダイオードをマザーボードに実装した
時の上記図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】上記発光ダイオードにおいて、発光素子チップ
の波長変換の原理を示す図である。
【図４】本発明の発光ダイオードを用いて種々の中間色
光を得た時の色度測定結果を示すＣＩＥ色度図である。
【図５】本発明に係る発光ダイオードの第２実施例を示
す図である。
【図６】従来における表面実装型の多色発光ダイオード
の一例を示す斜視図である。
【図７】従来におけるリードフレーム型の多色発光ダイ
オードの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３１ 発光ダイオード ３２ 基板 ４１ 発光素子チップ ５２ 蛍光粒子 ５３ 色素粒子 ５５ 樹脂材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年９月４日（２００１．９．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、電極が
形成された基板の上面に青色発光する発光素子チップを
接着剤によって固定し、この発光素子チップの上面側を
樹脂材で封止してなる発光ダイオードにおいて、前記樹
脂材の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の
波長を変換する蛍光粒子と、前記発光素子チップ及び前
記蛍光粒子からの光を受けて該光の波長の一部を吸収す
る色素粒子とを分散させたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】請求項２の発明は、電極が形成された基板
の上面に青色発光する発光素子チップを接着剤によって
固定し、この発光素子チップの上面側を樹脂材で封止し
てなる発光ダイオードにおいて、前記接着剤及び樹脂材
の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の波長
を変換する蛍光粒子を分散させると共に、前記樹脂材の
中に前記発光素子チップ及び前記蛍光粒子からの光を受
けて該光の波長の一部を吸収する色素粒子とを分散させ
たことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】この発明によれば、蛍光粒子が発光素子チ
ップを固定する接着剤の中にも混入されているので、発
光素子チップから下方向に発した青色光は接着剤内に含
有された蛍光粒子を励起して、より明るい黄色光が得ら
れる。また、色素粒子を透過し得られる中間色光も増加
するため、より明るい中間色発光を得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
発光ダイオードにおいて、前記蛍光粒子がイットリウム
・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）であることを特
徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】この発明によれば、前記蛍光粒子にイット
リウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を用いて
いるため、この蛍光粒子を励起することで４００nm〜７
００nmの広波長域の発光を安定且つ効率よく得ることが
できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】請求項４の発明は、請求項１又は２記載の
発光ダイオードにおいて、前記色素粒子が、フタロシア
ニン系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合
物、キノフタロン系化合物から選ばれた１又は２以上の
染料であることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】図５は本発明に係る第２実施形態の発光ダ
イオードを示したものである。この実施形態では、上記
基板３２と発光素子チップ４１とを接着固定する接着剤
５１の中にも蛍光粒子５２を混入させて蛍光接着層６０
を形成し、発光素子チップ４１の下方側での発光を有効
に波長変換することで、より明るい中間色光を得るよう
にしたものである。なお、他の構成要素は上記図１〜図
３に示した第１実施形態と同様であるので詳細な説明は
省略する。この実施形態においては、蛍光粒子５２が接
着剤５１に混入されているので、発光素子チップ４１か
ら下方向に発した青色光５６は前記蛍光接着層６０内に
含有された蛍光粒子５２を励起する一方、発光素子チッ
プ４１の上方向に発した青色光５６が樹脂材５５に混入
されている蛍光粒子５２を励起することで、より明るい
黄色光５７が得られる。また、色素粒子５３を透過し得
られる中間色光５８も増加するため、より明るい中間色
発光を得ることができる。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１２月１４日（２００１．１２．
１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、電極が
形成された基板の上面に青色発光する発光素子チップを
接着剤によって固定し、この発光素子チップの上面側を
樹脂材で封止してなる発光ダイオードにおいて、前記樹
脂材の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の
波長を変換する蛍光粒子と、前記発光素子チップ及び前
記蛍光粒子からの光を受けて該光の波長の一部を吸収す
る色素粒子とを分散させ、該色素粒子がフタロシアニン
系化合物、アントラキノン系化合物、アゾ系化合物、キ
ノフタロン系化合物から選ばれた１又は２以上の染料で
あることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】この発明によれば、前記樹脂材に広波長域
の発光を得るための蛍光粒子及び任意の波長域を吸収さ
せるための色素粒子を含有させたことで、単一の発光素
子チップの発光色のみでパステル調のやわらかな中間色
調の発光色を得ることが可能となった。特に、色素粒子
をフタロシアニン系化合物、アントラキノン系化合物、
アゾ系化合物、キノフタロン系化合物の中から選択し、
且つこれら化合物を組み合わせることで所望の発光色を
容易に表示することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】請求項２の発明は、電極が形成された基板
の上面に青色発光する発光素子チップを接着剤によって
固定し、この発光素子チップの上面側を樹脂材で封止し
てなる発光ダイオードにおいて、前記接着剤及び樹脂材
の中に前記発光素子チップからの光を受けて該光の波長
を変換する蛍光粒子を分散させると共に、前記樹脂材の
中に前記発光素子チップ及び前記蛍光粒子からの光を受
けて該光の波長の一部を吸収する色素粒子とを分散さ
せ、該色素粒子がフタロシアニン系化合物、アントラキ
ノン系化合物、アゾ系化合物、キノフタロン系化合物か
ら選ばれた１又は２以上の染料であることを特徴とす
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極が形成された基板の上面に発光素子
    チップを載置し、この発光素子チップの上面側を樹脂材
    で封止してなる発光ダイオードにおいて、 前記樹脂材に蛍光粒子及び色素粒子を含有したことを特
    徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項２】 前記蛍光粒子がイットリウム・アルミニ
    ウム・ガーネット（ＹＡＧ）であることを特徴とする請
    求項１記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項３】 前記色素粒子が発光素子チップからの光
    および前記蛍光粒子によって波長変換された光の波長の
    一部を吸収する染料であることを特徴とする請求項１記
    載の発光ダイオード。
  4. 【請求項４】 前記発光素子チップが、窒化ガリウム系
    化合物半導体によって形成された青色発光ダイオード素
    子であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオー
    ド。
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