JPH10242513A

JPH10242513A - 発光ダイオード及びそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JPH10242513A
Application number: JP21814997A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Shimizu; 義則清水; Akimasa Sakano; 顕正阪野
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JP2927279B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度、長時間の使用環境下においても発光
光率の低下や色ずれを少なくする。【解決手段】発光ダイオードは、ＬＥＤチップと、ＬＥ
Ｄチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換
して発光するフォトルミネセンス蛍光体とを有する。Ｌ
ＥＤチップは、窒化物系化合物半導体で、フォトルミネ
センス蛍光体がセリウムで付活されたイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット系蛍光体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、ＬＥＤディスプ
レイ、バックライト光源、信号機、照光式スイッチ及び
各種インジケータなどに利用される発光ダイオードに係
わり、特に発光素子であるＬＥＤチップからの発光を変
換して発光させるフォトルミネセンス蛍光体を有し使用
環境によらず高輝度、高効率な発光装置である白色系が
発光可能な発光ダイオード及びそれを用いた表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード（以下、ＬＥＤともい
う）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光をする。ま
た、半導体素子であるため球切れなどの心配がない。駆
動特性が優れ、振動やON／OFF点灯の繰り返しに強いと
いう特長を有する。そのため各種インジケータや種々の
光源として利用されている。最近、超高輝度高効率な発
光ダイオードとしてＲＧＢ（赤、緑、青色）などの発光
ダイオードがそれぞれ開発された。これに伴いＲＧＢの
三原色を利用したＬＥＤディスプレイが省電力、長寿
命、軽量などの特長を生かして飛躍的に発展を遂げつつ
ある。

【０００３】発光ダイオードは使用される発光層の半導
体材料、形成条件などによって紫外から赤外まで種々の
発光波長を放出させることが可能である。また、優れた
単色性ピーク波長を有する。

【０００４】しかしながら、発光ダイオードは優れた単
色性ピーク波長を有するが故に白色系発光光源などとさ
せるためには、ＲＧＢなどが発光可能な各ＬＥＤチップ
をそれぞれ近接して発光させ拡散混色させる必要があ
る。このような発光ダイオードは、種々の色を自由に発
光させる発光装置としては有効であるが、白色系などの
色のみを発光させる場合においても赤色系、緑色系及び
青色系の発光ダイオード、あるいは青緑色系及び黄色系
の発光ダイオードをそれぞれ使用せざるを得ない。ＬＥ
Ｄチップは、半導体であり色調や輝度のバラツキもまだ
相当ある。また、半導体発光素子であるＬＥＤチップが
それぞれ異なる材料を用いて形成されている場合、各Ｌ
ＥＤチップの駆動電力などが異なり個々に電源を確保す
る必要がある。そのため、各半導体ごとに電流などを調
節して白色系を発光させなければならない。同様に、半
導体発光素子であるため個々の温度特性の差や経時変化
が異なり、色調が種々変化してしまう。さらに、ＬＥＤ
チップからの発光を均一に混色させなければ色むらを生
ずる場合がある。

【０００５】そこで、本出願人は先にＬＥＤチップの発
光色を蛍光体で色変換させた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
いて白色系など他の発光色を発光させることができる。

【０００６】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
を被覆する樹脂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。

【０００７】ＬＥＤチップからの発光を波長変換した発
光ダイオードとして、青色系の発光ダイオードの発光
と、その発光を吸収し黄色系を発光する蛍光体からの発
光との混色により白色系が発光可能な発光ダイオードな
どとすることができる。これらの発光ダイオードは、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すること
ができる。

【０００８】

【発明が解決する課題】発光ダイオードによって励起さ
れる蛍光体は、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、蛍光体
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、ある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。

【０００９】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。また、ＬＥＤチップ周辺に近接して配置された蛍
光体は、太陽光よりも約３０倍から４０倍にも及ぶ強照
射強度の光線にさらされる。特に、発光素子であるＬＥ
Ｄチップを高エネルギーバンドギャップを有する半導体
を用い蛍光体の変換効率向上や蛍光体の使用量を減らし
た場合においては、ＬＥＤチップから発光した光が可視
光域にあるといっても光エネルギーが必然的に高くな
る。この場合、発光強度を更に高め長期にわたって使用
すると、蛍光体自体が劣化しやすい。蛍光体が劣化する
と色調がずれる、あるいは蛍光体が黒ずみ光の外部取り
出し効率が低下する場合がある。同様にＬＥＤチップの
近傍に設けられた蛍光体は、ＬＥＤチップの昇温や外部
環境からの加熱など高温にもさらされる。さらに、発光
ダイオードは、一般的に樹脂モールドに被覆されてはい
るものの外部環境からの水分の進入などを完全に防ぐこ
とや製造時に付着した水分を完全に除去することはでき
ない。蛍光体によっては、このような水分が発光素子か
らの高エネルギー光や熱によって蛍光体物質の劣化を促
進する場合もある。また、イオン性の有機染料に至って
はチップ近傍では直流電界により電気泳動を起こし、色
調が変化する可能性がある。したがって、本願発明は上
記課題を解決し、より高輝度、長時間の使用環境下にお
いても発光光率の低下や色ずれの極めて少ない発光ダイ
オードを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明の請求項１の発
光ダイオードは、ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップか
らの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光す
るフォトルミネセンス蛍光体とを有する。ＬＥＤチップ
は、窒化物系化合物半導体で、フォトルミネセンス蛍光
体は、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット系蛍光体である。

【００１１】また、本発明の請求項３の発光ダイオード
は、ＬＥＤチップを窒化ガリウム系化合物半導体とし、
フォトルミネセンス蛍光体を、（ＲＥ_1-xＳｍ_x）₃（Ａ
ｌ_yＧａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体とする。ただし、０≦
ｘ＜１、０≦ｙ≦１、ＲＥは、Ｙ、Ｇｄから選択される
少なくとも一種である。

【００１２】さらにまた、本願発明の請求項２と請求項
４に記載する発光ダイオードは、窒化物系化合物半導体
であるＬＥＤチップの発光スペクトルの主ピークが４０
０ｎｍから５３０ｎｍ内の発光波長を有し、且つフォト
ルミネセンス蛍光体の主発光波長がＬＥＤチップの主ピ
ークより長い。

【００１３】また、本発明の請求項５の発光ダイオード
は、マウント・リードのカップ内に配置させたＬＥＤチ
ップと、該ＬＥＤチップと導電性ワイヤーを用いて電気
的に接続させたインナー・リードと、前記カップ内に充
填させたコーティング部材と、該コーティング部材、Ｌ
ＥＤチップ、導電性ワイヤー及びマウント・リードとイ
ンナー・リードの少なくとも一部を被覆するモールド部
材とを有する。この発光ダイオードは、前記ＬＥＤチッ
プを窒化ガリウム系化合物半導体とし、かつ前記コーテ
ィング部材に、（ＲＥ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_yＧａ_1-y）₅Ｏ
₁₂：Ｃｅ蛍光体を含む透光性樹脂を使用する。ただし、
０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、ＲＥは、Ｙ、Ｇｄから選択さ
れる少なくとも一種である。

【００１４】さらに、本発明の請求項６に記載する発光
ダイオードは、前記フォトルミネセンス蛍光体を、次の
組成のものとする。（Ｙ_1-p-q-rＧｄ_pＣｅ_qＳｍ_r）₃（Ａｌ_1-sＧａ_s）₅Ｏ₁₂ ただし、０≦ｐ≦０．８０．００３≦ｑ≦０．２０．０００３≦ｒ≦０．０８（ただし、ｐ＋ｑ＋ｒ
≦１）０≦ｓ≦１

【００１５】また、請求項７記載の表示装置は、前記請
求項５に記載する発光ダイオードをマトリックス状に配
置したＬＥＤ表示器と、該ＬＥＤ表示器と電気的に接続
させた駆動回路と、を有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明者は、種々の実験の結
果、可視光域における光エネルギーが比較的高いＬＥＤ
チップからの発光光をフォトルミネセンス蛍光体によっ
て色変換させる発光ダイオードにおいて、特定の半導体
及び蛍光体を選択することにより高輝度、長時間の使用
時における光効率低下や色ずれを防止できることを見出
し本願発明を成すに至った。

【００１７】すなわち、発光ダイオードに用いられるＬ
ＥＤチップとしては、１．ＬＥＤチップの発光特性が長期間の使用に対して安
定していること。２．蛍光体を励起させ二次的な放出を行うのに十分な高
輝度、高エネルギーの単色性ピーク波長を効率よく発光
可能であることが求められる。また、発光ダイオードに
用いられるフォトルミネセンス蛍光体としては、１．耐光性に優れていることが要求される。特に、半導
体発光素子などの微小領域から強放射されるために太陽
光の約３０倍から４０倍にもおよぶ強照射強度にも十分
耐える必要がある。２．発光素子との混色を利用するため紫外線ではなく青
色系発光で効率よく発光すること。３．混色を考慮して緑色系から赤色系の光が発光可能な
こと。４．発光素子近傍に配置されるため温度特性が良好であ
ること。５．色調が組成比あるいは複数の蛍光体の混合比で連続
的に変えられること。６．発光ダイオードの利用環境に応じて耐候性があるこ
となどの特長を有することが求められる。

【００１８】これらの条件を満たすものとして本願発明
の発光ダイオードは、発光層に高エネルギーバンドギャ
ップを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子と、フォ
トルミネセンス蛍光体であるセリウムで付活されたイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とを組み
合わせる。これにより発光素子から放出された可視光域
における高エネルギー光を長時間その近傍で高輝度に照
射した場合であっても発光色の色ずれや発光輝度の低下
が極めて少ない発光ダイオードとすることができるもの
である。特に、窒化物系化合物半導体としてＩｎＧａＮ
の青色発光と、セリウムで付活されたイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット系蛍光体の吸収スペクトルとは
非常に良く一致している。また、セリウムで付活された
イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の発
する蛍光とＩｎＧａＮの青色光の混色は、演色性の良い
良質の白色を得るという点において他の組み合わせには
ない極めて特異な性能を有する。

【００１９】具体的な発光ダイオードの一例を図１に示
し、さらに、チップタイプＬＥＤのの断面図を図２に示
す。チップタイプＬＥＤの筐体２０４内に窒化ガリウム
系半導体を用いたＬＥＤチップ２０２をエポキシ樹脂な
どを用いて固定させてある。導電性ワイヤー２０３とし
て金線をＬＥＤチップ２０２の各電極と筐体に設けられ
た各電極２０５とにそれぞれ電気的に接続させてある。
（ＲＥ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_yＧａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体
をエポキシ樹脂中に混合分散させたものをＬＥＤチッ
プ、導電性ワイヤーなどを外部応力などから保護するモ
ールド部材２０１として均一に硬化形成させる。このよ
うな発光ダイオードに電力を供給させることによってＬ
ＥＤチップ２０２を発光させる。ＬＥＤチップ２０２か
らの発光と、その発光によって励起されたフォトルミネ
センス蛍光体からの発光光との混色により白色系などが
発光可能な発光ダイオード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。

【００２０】（蛍光体）本願発明の発光ダイオードに用
いられるフォトルミネセンス蛍光体は、半導体発光層か
ら発光された可視光や紫外線で励起されて発光するフォ
トルミネセンス蛍光体である。具体的なフォトルミネセ
ンス蛍光体として、セリウムで付活されたイットリウム
・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。

【００２１】本明細書においてイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体は特に広義に解釈するものと
し、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、
Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも
１つの元素に置換し、あるいは、アルミニウムの一部あ
るいは全体を、ＧａとＩｎの何れかまたは両方で置換す
る蛍光体を含む広い意味に使用する。

【００２２】更に詳しくは、（ＲＥ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_y
Ｇａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（但し、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦
１、ＲＥは、Ｙ、Ｇｄから選択される少なくとも一種）
である。窒化ガリウム系化合物半導体を用いたＬＥＤチ
ップから発光した光と、ボディーカラーが黄色であるフ
ォトルミネセンス蛍光体から発光する光が補色関係にあ
る場合、ＬＥＤチップからの発光と、フォトルミネセン
ス蛍光体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。そのため発光ダイオード
外部には、ＬＥＤチップからの発光とフォトルミネセン
ス蛍光体からの発光とがモールド部材を透過する必要が
ある。したがって、フォトルミネセンス蛍光体をスパッ
タリング法などにより形成させた蛍光体の層などにＬＥ
Ｄチップを閉じこめ、フォトルミネセンス蛍光体層にＬ
ＥＤチップからの光が透過する開口部を１ないし２以上
有する或いはＬＥＤチップからの光が透過可能な如き薄
膜とした構成の発光ダイオードとしても良い。なお、ス
パッタリング法などにより形成させた蛍光体は、コーテ
ィング部のバインダーを省略することもできる。その膜
厚で発光色を調整することもできる。また、フォトルミ
ネセンス蛍光体の粉体を樹脂や硝子中に含有させＬＥＤ
チップからの光が透過する程度に薄く形成させても良
い。同様に、フォトルミネセンス蛍光体の粉体を樹脂や
硝子中に含有させＬＥＤチップからの光が透過する程度
に薄く形成させても良い。フォトルミネセンス蛍光体と
樹脂などとの比率や塗布、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。

【００２３】さらに、フォトルミネセンス蛍光体の含有
分布は、混色性や耐久性にも影響する。すなわち、フォ
トルミネセンス蛍光体が含有されたコーティング部やモ
ールド部材の表面側からＬＥＤチップに向かってフォト
ルミネセンス蛍光体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による劣化
を抑制しやすい。他方、フォトルミネセンス蛍光体の含
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
響がより少なくフォトルミネセンス蛍光体の劣化を抑制
することができる。このような、フォトルミネセンス蛍
光体の分布は、フォトルミネセンス蛍光体を含有する部
材、形成温度、粘度やフォトルミネセンス蛍光体の形
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。したがって、使用条件などにより蛍
光体の分布濃度を、種々選択することができる。

【００２４】本願発明のフォトルミネセンス蛍光体は、
特にＬＥＤチップと接する、あるいは近接して配置され
照射強度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ^-2以上１０Ｗ・ｃ
ｍ^-2以下においても高効率に十分な耐光性を有し、優れ
た発光特性の発光ダイオードとすることができる。

【００２５】本願発明に用いられるフォトルミネセンス
蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強
く、図４に示すように、励起スペクトルのピークを４５
０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも
図４に示すように、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍま
で裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。

【００２６】また、本願発明のフォトルミネセンス蛍光
体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することに
より、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高く
することができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピ
ーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側に
シフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場
合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、
Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネセン
スの発光輝度は低下する傾向にある。

【００２７】しかも、ガーネット構造を持ったイットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成の内、
Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側
にシフトする。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にシフトする。

【００２８】ＡｌをＧａに置換させる場合、発光効率と
発光波長を考慮してＡｌ：Ｇａ＝６：４から１：１の間
の比率に設定することが好ましい。同様に、Ｙの一部を
Ｇｄで置換することはＹ：Ｇｄ＝９：１から１：９の範
囲の比率に設定することが好ましく、４：１から２：３
の範囲に設定することがより好ましい。Ｇｄへの置換が
２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくな
る。また、Ｇｄへの置換が６割以上では、赤み成分が増
えるものの輝度が急激に低下する傾向にある。特に、Ｌ
ＥＤチップの発光波長によるがイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体の組成の内Ｙ：Ｇｄ＝４：１
から２：３の範囲とすることにより１種類のイットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を用いて黒体放
射軌跡におおよそ沿って白色光が発光可能な発光ダイオ
ードとすることができる。なお、Ｙ：Ｇｄ＝２：３より
多く１：４では輝度は低くなるものの電球色が発光可能
な発光ダイオードとすることができる。また、Ｃｅの含
有（置換）は、０．００３から０．２含有させることに
より相対発光輝度が７０％以上となる。（なお、相対発
光輝度は、ｑ＝０．０３の蛍光体の発光輝度を１００％
とした場合における発光輝度である。）０．００３未満
では、Ｃｅによるフォトルミネセンスの励起発光中心の
数が減少することで輝度が低下し、逆に、０．２より大
きくなると濃度消光が生ずる。（濃度消光とは、蛍光体
の輝度を高めるため付活材の濃度を増加していくと、あ
る最適値以上の濃度では発光強度が低下することをい
う。）

【００２９】本願発明のフォトルミネセンス蛍光体は、
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。また、２５４ｎｍや３６５ｎｍ
などのＨｇ輝線ではほとんど励起されず４５０ｎｍ付近
などの青色系ＬＥＤチップからの光による励起効率が高
い。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白色系
発光に変換するための理想条件を備えている。

【００３０】表１は、本願発明に用いられるフォトルミ
ネセンス蛍光体の組成と発光特性の一例を示す。（な
お、測定条件は、４６０ｎｍの青色光で励起して観測し
てある。また、輝度と効率は、相対値で表してある。）

【００３１】

【表１】

【００３２】また、窒化ガリウム系半導体を用いたＬＥ
Ｄチップと、セリウムで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（ＹＡＧ）に希土類元素の
サマリウム（Ｓｍ）を含有させたフォトルミネセンス蛍
光体と、を有する発光ダイオードとすることによりさら
に光効率を向上させることができる。

【００３３】このようなフォトルミネセンス蛍光体は、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ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。

【００３４】Ｓｍを含有する（Ｙ_1-p-q-rＧｄ_pＣｅ_qＳ
ｍ_r）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂蛍光体は、Ｇｄの含有量の増加に関わ
らず温度特性の低下が少ない。このようにＳｍを含有さ
せることにより、高温度におけるフォトルミネセンス蛍
光体の発光輝度は大幅に改善される。その改善される程
度はＧｄの含有量が高くなるほど大きくなる。すなわ
ち、Ｇｄを増加してフォトルミネセンス蛍光体の発光色
調に赤みを付与した組成ほどＳｍの含有による温度特性
改善に効果的であることが分かった。（なお、ここでの
温度特性とは、４５０ｎｍの青色光による常温（２５°
Ｃ）における励起発光輝度に対する、同蛍光体の高温
（２００°Ｃ）における発光輝度の相対値（％）で表し
ている。）

【００３５】Ｓｍの含有量は０．０００３≦ｒ≦０．０
８の範囲で温度特性が６０％以上となり好ましい。この
範囲よりｒが小さいと、温度特性改良の効果が小さくな
る。また、この範囲よりｒが大きくなると温度特性は逆
に低下してくる。０．０００７≦ｒ≦０．０２の範囲で
は温度特性は８０％以上となり最も好ましい。

【００３６】本願発明の発光ダイオードにおいてこのよ
うなフォトルミネセンス蛍光体は、２種類以上の（ＲＥ
_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_yＧａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅフォトルミネ
センス蛍光体を混合させてもよい。すなわち、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｙ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_yＧａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅフォト
ルミネセンス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。これに、カラーフィルターを用いる
ことによりフルカラー液晶表示装置用としても利用でき
る。

【００３７】（ＬＥＤチップ１０２、２０２、７０２）
ＬＥＤチップは、図１に示すように、モールド部材１０
４に埋設されることが好ましい。本願発明の発光ダイオ
ードに用いられるＬＥＤチップとは、セリウムで付活さ
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
を効率良く励起できる窒化物系化合物半導体である。こ
こで、窒化物系化合物半導体（一般式Ｉｎ_iＧａ_jＡｌ_k
Ｎ、但し、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）
としては、ＩｎＧａＮや各種不純物がドープされたＧａ
Ｎを始め、種々のものが含まれる。発光素子であるＬＥ
Ｄ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。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。特に、本
願発明においては、ＬＥＤチップの活性層をＩｎＧａＮ
の単一量子井戸構造とすることにより、フォトルミネセ
ンス蛍光体の劣化がなく、より高輝度に発光する発光ダ
イオードとして利用することができる。

【００３８】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、Ｓ
ｉ、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、Ｇ
ｅ、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、Ｂ
ａ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。

【００３９】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。

【００４０】本願発明の発光ダイオードにおいて白色系
を発光させる場合は、フォトルミネセンス蛍光体との補
色関係や樹脂劣化等を考慮して発光素子の発光波長は４
００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以
上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップとフォ
トルミネセンス蛍光体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。本願発明の白色系発光ダイオードの発光スペク
トルを図３に示す。４５０ｎｍ付近にピークを持つ発光
がＬＥＤチップからの発光であり、５７０ｎｍ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フォ
トルミネセンスの発光である。なお、本願発明のＬＥＤ
チップに加えて、蛍光体を励起しないＬＥＤチップを一
緒に用いることもできる。

【００４１】具体的には、フォトルミネセンス蛍光体が
励起可能な窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップに
加えて、フォトルミネセンス蛍光体を実質的に励起しな
い発光層がガリウム燐、ガリウムアルミニウム砒素、ガ
リウム砒素燐やインジュウムガリウムアルミニウム燐な
どであるＬＥＤチップを配置させる。フォトルミネセン
ス蛍光体を励起しないＬＥＤチップからの光は、蛍光体
自体に吸収されることなく外部に放出される。そのた
め、効率よく紅白が発光可能な発光ダイオードなどとす
ることができる。

【００４２】（導電性ワイヤー１０３、２０３）導電性
ワイヤー１０３、２０３としては、ＬＥＤチップ１０
２、２０２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／（ｓ）（ｃｍ²）（℃／ｃ
ｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／
（ｓ）（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。特に、蛍
光体が含有されたコーティング部と蛍光体が含有されて
いないモールド部材との界面で導電性ワイヤーが断線し
やすい。それぞれ同一材料を用いたとしても蛍光体が入
ることにより実質的な熱膨張量が異なるため断線しやす
いと考えられる。そのため、導電性ワイヤーの直径は、
２５μｍ以上がより好ましく、発光面積や扱い易さの観
点から３５μｍ以下がより好ましい。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。

【００４３】（マウント・リード１０５）マウント・リ
ード１０５としては、ＬＥＤチップ１０２を配置させる
ものであり、ダイボンド機器などで積載するのに十分な
大きさがあれば良い。また、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が求められる。また、マウント・
リード上のカップ内にＬＥＤチップを配置すると共に蛍
光体を内部に充填させる場合は、近接して配置させた別
の発光ダイオードからの光により疑似点灯することを防
止することができる。

【００４４】ＬＥＤチップ１０２とマウント・リード１
０５のカップ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チップなどによりマウント・リードと接着させ
ると共に電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カ
ーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。
さらに、発光ダイオードの光利用効率を向上させるため
にＬＥＤチップが配置されるマウント・リードの表面を
鏡面状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場
合の表面粗さは、０．１Ｓ以上０．８Ｓ以下が好まし
い。また、マウント・リードの具体的な電気抵抗として
は３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、
３μΩ−ｃｍ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／（ｓ）（ｃｍ²）
（℃／ｃｍ）以上が好ましくより好ましくは０．５ｃ
ａｌ／（ｓ）（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１０６）インナー・リ
ード１０６としては、マウント・リード１０５上に配置
されたＬＥＤチップ１０２と接続された導電性ワイヤー
１０３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１
０Ｓ以下が好ましい。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、あ
る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。

【００４６】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、３
００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ
−ｃｍ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。

【００４７】（コーティング部１０１）本願発明に用い
られるコーティング部１０１とは、モールド部材１０４
とは別にマウント・リードのカップに設けられるもので
ありＬＥＤチップの発光を変換するフォトルミネセンス
蛍光体が含有されるものである。コーティング部の具体
的材料としては、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明樹脂や硝子などが好適に用
いられる。また、フォトルミネセンス蛍光体と共に拡散
剤を含有させても良い。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。

【００４８】（モールド部材１０４）モールド部材１０
４は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ
１０２、導電性ワイヤー１０３、フォトルミネセンス蛍
光体が含有されたコーティング部１０１などを外部から
保護するために設けることができる。モールド部材は、
一般には樹脂を用いて形成させることができる。また、
フォトルミネセンス蛍光体を含有させることによって視
野角を増やすことができるが、樹脂モールドに拡散剤を
含有させることによってＬＥＤチップ１０２からの指向
性を緩和させ視野角をさらに増やすことができる。更に
また、モールド部材１０４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１０４は複数積層した構造でもよい。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それらを複数組み合わせた物であ
る。モールド部材１０４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、シリコーン樹脂などの耐
候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。
また、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。さらに、拡散剤に加えてモールド部材中にもフォト
ルミネセンス蛍光体を含有させることもできる。したが
って、フォトルミネセンス蛍光体はモールド部材中に含
有させてもそれ以外のコーティング部などに含有させて
用いてもよい。また、コーティング部をフォトルミネセ
ンス蛍光体が含有された樹脂、モールド部材を硝子など
とした異なる部材を用いて形成させても良い。この場
合、生産性良くより水分などの影響が少ない発光ダイオ
ードとすることができる。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
せても良い。本願発明においてモールド部材に拡散剤や
着色剤を含有させることは、発光観測面側から見た蛍光
体の着色を隠すことができる。なお、蛍光体の着色と
は、本願発明のフォトルミネセンス蛍光体が強い外光か
らの光のうち、青色成分を吸収し発光する。そのため黄
色に着色しているように見えることである。特に、凸レ
ンズ形状などモールド部材の形状によっては、着色部が
拡大されて見えることがある。このような着色は、意匠
上など好ましくない場合がある。モールド部材に含有さ
れた拡散剤は、モールド部材を乳白色に着色剤は所望の
色に着色することで着色を見えなくさせることができ
る。したがって、このような発光観測面側からフォトル
ミネセンス蛍光体の色が観測されることはない。また、
ＬＥＤチップから放出される光の主発光波長が４３０ｎ
ｍ以上では、光安定化剤である紫外線吸収剤をモールド
部材中に含有させた方が耐候性上より好ましい。

【００４９】（表示装置）本願発明の発光ダイオードを
ＬＥＤ表示器に利用した場合、ＲＧＢをそれぞれ発光す
る発光ダイオードの組み合わせだけによるＬＥＤ表示器
よりも、より高精細に白色系表示させることができる。
従来の装置が、３個の発光ダイオードで白色表示するの
に対して、本発明の装置は１個の発光ダイオードで白色
表示できるからである。すなわち、従来の表示装置は、
発光ダイオードを組み合わせて白色系などを混色表示さ
せるためには、ＲＧＢの各発光ダイオードをそれぞれ同
時に発光せざるを得ない。そのため赤色系、緑色系、青
色系のそれぞれ単色表示した場合に比べて、一画素あた
りの表示領域が大きくなる。したがって、白色系の表示
の場合においては、ＲＧＢ単色のモノクローム表示に比
較して、高精細に表示させることができない。また、白
色系の表示は各発光ダイオードの発光出力を調節して表
示させるため、各半導体の温度特性などを考慮し種々調
整しなければならない。さらに、混色による表示である
が故にＬＥＤ表示器の視認する方向や角度によって、Ｒ
ＧＢの発光ダイオードが部分的に遮光され表示色が変わ
る場合もある。本願発明の発光ダイオードをＲＧＢの発
光ダイオードに代えて使用する表示装置は、より高精細
化が可能となると共に、安定して白色系に発光でき、さ
らに、色むらを少なくできる特長がある。また、本発明
の発光ダイオードは、ＲＧＢの各発光ダイオードととも
に使用することもできる。この表示装置は、輝度を向上
させることができる。

【００５０】また、本願発明の発光ダイオードを用いた
ＬＥＤ表示器を図５に示す。この図のＬＥＤ表示器は、
本願発明の白色系発光ダイオードのみを用いて、白黒用
のＬＥＤ表示装置に使用される。白黒用のＬＥＤ表示器
は、本願発明の発光ダイオード５０１のみをマトリック
ス状などに配置している。この図のＬＥＤ表示器を備え
る表示装置は、ＲＧＢの発光ダイオードを備えない。こ
のため、ＲＧＢ発光ダイオード用の複数の駆動回路を必
要としない。複数の駆動回路に代わって、白色系発光ダ
イオード用の駆動回路で、ＬＥＤ表示器を駆動できる。

【００５１】ＬＥＤ表示器は、駆動回路である点灯回路
などと電気的に接続させる。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。駆動回路を図６に示す。駆動回路は、入
力される表示データを一時的に記憶させる画像データー
記憶手段であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、
Ｍｅｍｏｒｙ）６０３と、ＲＡＭ６０３に記憶されるデ
ータから、ＬＥＤ表示器１のそれぞれの発光ダイオード
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６０４と、階調制御回路６０４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６０２とを備える。階調制御回路６０４は、Ｒ
ＡＭ６０３に記憶されるデータからＬＥＤ表示器１の発
光ダイオード点灯時間を演算して点滅させるパルス信号
を出力する。

【００５２】したがって、白黒用のＬＥＤ表示器は、Ｒ
ＧＢのフルカラー表示器と異なり、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、安価にＲＧＢの
発光ダイオード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ものである。また、従来の赤
色、緑色のみを用いたＬＥＤ表示器に比べ人間の目に対
する刺激が少なく長時間の使用に適している。

【００５３】本願発明の発光ダイオードは、白色発光ダ
イオード（Ｗ）として図９の如く、ＲＧＢにそれぞれ発
光する発光ダイオードに加えて使用することもできる。
図中９００は、ＬＥＤ表示器の一部を表し９００が一絵
素を構成する。このＬＥＤ表示器は、駆動回路である点
灯回路などと電気的に接続させる。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。駆動回路は、モノクロームの表示
装置と同じように、入力される表示データを一時的に記
憶させる、画像データー記憶手段であるＲＡＭ（Ｒａｎ
ｄｏｍ、Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭに記
憶されるデータから各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、各発光
ダイオードを点灯させるドライバーとを備える。ただ
し、この駆動回路は、ＲＧＢと白色系に発光する発光ダ
イオードに専用の回路を必要とする。階調制御回路は、
ＲＡＭに記憶されるデータから、それぞれの発光ダイオ
ードの点灯時間を演算して、点滅させるパルス信号を出
力する。ここで、白色系の表示を行う場合は、ＲＧＢ各
発光ダイオードを点灯するパルス信号のパルス幅を短
く、あるいは、パルス信号のピーク値を低く、あるいは
全くパルス信号を出力しない。他方、それを補償するよ
うに白色系発光ダイオードにパルス信号を出力する。こ
れにより、ＬＥＤ表示器の白色を表示する。

【００５４】したがって、白色系発光ダイオードを所望
の輝度で点灯させるためのパルス信号を演算する階調制
御回路としてＣＰＵを別途備えることが好ましい。階調
制御回路から出力されるパルス信号は、白色系発光ダイ
オードのドライバーに入力されてドライバをスイッチン
グさせる。ドライバーがオンになると白色系発光ダイオ
ードが点灯され、オフになると消灯される。

【００５５】（信号機）本願発明の発光ダイオードを表
示装置の１種である信号機として利用した場合、長時間
安定して発光させることが可能であると共に発光ダイオ
ードの一部が消灯しても色むらなどが生じないという特
長がある。本願発明の発光ダイオードを用いた信号機の
概略構成として、導電性パターンが形成された基板上に
白色系発光ダイオードを配置させる。このような発光ダ
イオードを直列又は直並列に接続された発光ダイオード
の回路を発光ダイオード群として扱う。発光ダイオード
群を２つ以上用いそれぞれ渦巻き状に発光ダイオードを
配置させる。全ての発光ダイオードが配置されると円状
に全面に配置される。各発光ダイオード及び基板から外
部電力と接続させる電源コードをそれぞれ、ハンダによ
り接続させた後、鉄道用信号用の筐体内に固定させる。
ＬＥＤ表示器は、遮光部材が付いたアルミダイキャスト
の筐体内に配置され表面にシリコーンゴムの充填材で封
止されている。筐体の表示面は、白色レンズを設けてあ
る。また、ＬＥＤ表示器の電気的配線は、筐体の裏面か
らゴムパッキンを通し筐体内を密閉する。これにより白
色系信号機を形成することができる。本願発明の発光ダ
イオードを、複数の群に分け中心部から外側に向け輪を
描く渦巻き状などに配置し、並列接続させることでより
信頼性が高い信号機とさせることができる。中心部から
外側に向け輪を描くとは連続的に輪を描くものも断続的
に配置するものをも含む。したがって、ＬＥＤ表示器の
表示面積などにより配置される発光ダイオードの数や発
光ダイオード群の数を種々選択することができる。この
信号機により、一方の発光ダイオード群や一部の発光ダ
イオードが何らかのトラブルにより消灯したとしても他
方の発光ダイオード群や残った発光ダイオードにより信
号機を円形状に均一に発光させることが可能となるもの
である。また、色ずれが生ずることもない。渦巻き状に
配置してあることから中心部を密に配置することができ
電球発光の信号と何ら違和感なく駆動させることができ
る。

【００５６】（面状発光光源）本願発明の発光ダイオー
ドは、図７に示すように、面状発光光源とすることもで
きる。図に示す面状発光光源の発光ダイオードは、フォ
トルミネセンス蛍光体をコーティング部や導光板上の散
乱シート７０６に含有させる。あるいはバインダー樹脂
と共に散乱シート７０６に塗布などさせシート状７０１
に形成しモールド部材を省略しても良い。具体的には、
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
属基板７０３内にＬＥＤチップ７０２を固定する。ＬＥ
Ｄチップと導電性パターンとの電気的導通を取った後、
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
ＬＥＤチップ７０２が積載された金属基板７０３上に充
填させる。こうして固定されたＬＥＤチップは、アクリ
ル性導光板７０４の端面にエポキシ樹脂などで固定され
る。導光板７０４の一方の主面上には、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部材７０７
を配置させてある。同様に、導光板の裏面側全面やＬＥ
Ｄチップが配置されていない端面上にも反射部材７０５
を設け発光効率を向上させてある。これにより、ＬＣＤ
のバックライトとして十分な明るさを得られる面状発光
光源の発光ダイオードとすることができる。液晶表示装
置として利用する場合は、導光板７０４の主面上に不示
図の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により構成さ
せることができる。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。

【００５７】

【実施例】

（実施例１）発光素子として発光ピークが４５０ｎｍ、
半値幅３０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体を発光層に用いた。
ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上に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法で窒化物系化合物半導
体を成膜させることにより形成させた。成膜時に、ドー
パントガスとしてＳｉＨ₄とＣｐ₂Ｍｇと、を切り換える
ことによってＮ型導電性や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
層と、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
を有するコンタクト層と、Ｐ型導電性を有するクラッド
層との間に厚さ約３ｎｍであり、単一量子井戸構造とさ
れるノンドープ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半導体を
形成させバッファ層としてある。また、Ｐ型半導体は、
成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）

【００５８】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。

【００５９】銀メッキした銅製リードフレームの先端に
カップを有するマウント・リードにＬＥＤチップをエポ
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
ぞれ直径が３０μｍの金線でワイヤーボンディングし電
気的導通を取った。

【００６０】一方、フォトルミネセンス蛍光体は、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、最後に篩を通して形成させた。フォ
トルミネセンス蛍光体は、Ｙ（イットリウム）がＧｄ
（ガドリニウム）で約２割置換されたイットリウム・ア
ルミニウム酸化物として（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：
Ｃｅが形成された。なお、Ｃｅの置換は、０．０３であ
った。

【００６１】形成された（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：
Ｃｅ蛍光体８０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ＬＥＤチ
ップが配置されたマウント・リード上のカップ内に注入
させた。注入後、フォトルミネセンス蛍光体が含有され
た樹脂を１３０℃１時間で硬化させた。こうしてＬＥＤ
チップ上に厚さ１２０μのフォトルミネセンス蛍光体が
含有されたコーティング部が形成された。なお、コーテ
ィング部には、ＬＥＤチップに向かってフォトルミネセ
ンス蛍光体が徐々に多くしてある。照射強度は、約３．
５Ｗ／ｃｍ²であった。その後、さらにＬＥＤチップや
フォトルミネセンス蛍光体を外部応力、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
中にフォトルミネセンス蛍光体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。こうして形成さ
れた発光ダイオードは、発光観測正面から視認するとフ
ォトルミネセンス蛍光体のボディーカラーにより中央部
が黄色っぽく着色していた。

【００６２】こうして得られた白色系が発光可能な発光
ダイオードの色度点、色温度、演色性指数を測定した。
それぞれ、色度点（ｘ＝０．３０２、ｙ＝０．２８
０）、色温度８０８０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．
５と三波長型蛍光灯に近い性能を示した。また、発光効
率は９．５ｌｍ／ｗと白色電球並であった。さらに寿命
試験として温度２５℃６０ｍＡ通電、温度２５℃２０ｍ
Ａ通電、温度６０℃９０％ＲＨ下で２０ｍＡ通電の各試
験においても蛍光体に起因する変化は観測されず通常の
青色発光ダイオードと寿命特性に差がないことが確認で
きた。

【００６３】（比較例１）フォトルミネセンス蛍光体を
（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅから（ＺｎＣｄ）
Ｓ：Ｃｕ、Ａｌとした以外は、実施例１と同様にして発
光ダイオードの形成及び寿命試験を行った。形成された
発光ダイオードは通電直後、実施例１と同様白色系の発
光が確認されたが輝度が低かった。また、寿命試験にお
いては、約１００時間で出力がゼロになった。劣化原因
を解析した結果、蛍光体が黒化していた。

【００６４】これは、発光素子の発光光と蛍光体に付着
していた水分あるいは外部環境から進入した水分により
光分解し蛍光体結晶表面にコロイド状亜鉛金属を析出し
外観が黒色に変色したものと考えられる。温度２５℃２
０ｍＡ通電、温度６０℃９０％ＲＨ下で２０ｍＡ通電の
寿命試験結果を実施例１と共に図８に示す。輝度は初期
値を基準にしそれぞれの相対値を示す。また、実線が実
施例１であり波線が比較例１を示す。

【００６５】（実施例２）ＬＥＤチップの窒化物系化合
物半導体を実施例１よりもＩｎの含有量を増やし発光ピ
ークを４６０ｎｍとした。同様にフォトルミネセンス蛍
光体として実施例１よりもＧｄの含有量を増やし（Ｙ
_0.6Ｇｄ_0.4）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅとした以外は実施例１と
同様にして発光ダイオードを１００個形成し寿命試験を
行った。

【００６６】こうして得られた白色系が発光可能な発光
ダイオードの色度点、色温度、演色性指数を測定した。
それぞれ、色度点（ｘ＝０．３７５、ｙ＝０．３７
０）、色温度４４００Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８６．
０であった。さらに寿命試験においては、形成させた発
光ダイオード１００個平均で行った。寿命試験前の光度
を１００％とし１０００時間経過後における平均光度を
調べた。寿命試験後も９８．８％であり特性に差がない
ことが確認できた。この実施例のフォトルミネッセンス
蛍光体と、ＬＥＤチップ及び発光ダイオードの各発光ス
ペクトルを、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ
示している。

【００６７】（実施例３）フォトルミネセンス蛍光体を
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素に加えＳｍを含有させ（Ｙ
_0.39Ｇｄ_0.57Ｃｅ_0.03Ｓｍ_0.01）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂蛍光体とし
た以外は、実施例１と同様にして発光ダイオードを１０
０個形成した。この発光ダイオードを１３０℃の高温下
において点灯させても実施例１の発光ダイオードと比較
して平均温度特性が８％ほど良好であった。

【００６８】（実施例４）本願発明の発光ダイオードを
図５のごとくＬＥＤ表示器の１つであるディスプレイに
利用した。実施例１と同様にして形成させた発光ダイオ
ードを銅パターンを形成させたセラミックス基板上に、
１６×１６のマトリックス状に配置させた。基板と発光
ダイオードとは自動ハンダ実装装置を用いてハンダ付け
を行った。次にフェノール樹脂によって形成された筐体
５０４内部に配置し固定させた。遮光部材５０５は、筐
体と一体成形させてある。発光ダイオードの先端部を除
いて筐体、発光ダイオード、基板及び遮光部材の一部を
ピグメントにより黒色に着色したシリコンゴム４０６に
よって充填させた。その後、常温、７２時間でシリコン
ゴムを硬化させＬＥＤ表示器を形成させた。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Ｃ
ＰＵ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表示器を駆動させ白黒ＬＥＤ表示
装置として駆動できることを確認した。

【００６９】（実施例５）実施例５の発光ダイオード
は、フォトルミネセンス蛍光体として一般式（Ｙ_0.2Ｇ
ｄ_0.8）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表される蛍光体を用いた以
外は、実施例１と同様にして発光ダイオードを１００個
形成させた。こうして得られた発光ダイオードの色度点
（平均値）は（ｘ＝０．４５０、ｙ＝０．４２０）であ
り電球色を発光することができた。また、実施例５の発
光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードと比較して
輝度が約４０％低くかった。しかし、寿命試験において
は実施例１と同様に優れた耐候性を示していた。この実
施例のフォトルミネッセンス蛍光体、ＬＥＤチップ及び
発光ダイオードの各発光スペクトルを、図１１（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ示している。

【００７０】（実施例６）実施例６の発光ダイオード
は、フォトルミネセンス蛍光体として一般式Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ
₁₂：Ｃｅで表される蛍光体を用いた以外は、実施例１と
同様にして発光ダイオードを１００個形成させた。実施
例６の発光ダイオードは、実施例１の発光ダイオードと
比較してやや黄緑色がかった白色であった。しかし、寿
命試験においては実施例１と同様に優れた耐候性を示し
ていた。この実施例のフォトルミネッセンス蛍光体、Ｌ
ＥＤチップ及び発光ダイオードの各発光スペクトルを、
図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示している。

【００７１】（実施例７）実施例７の発光ダイオード
は、フォトルミネセンス蛍光体として一般式Ｙ₃（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表される蛍光体を用いた以
外は、実施例１と同様にして発光ダイオードを１００個
形成させた。実施例７の発光ダイオードは、緑色がかっ
ており輝度が低かった。しかし、寿命試験においては実
施例１と同様に優れた耐候性を示していた。この実施例
のフォトルミネッセンス蛍光体、ＬＥＤチップ及び発光
ダイオードの各発光スペクトルを、順番に図１３
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示している。

【００７２】（実施例８）実施例８の発光ダイオード
は、フォトルミネセンス蛍光体として一般式Ｇｄ₃（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表されるＹを含まない蛍
光体を用いた以外は、実施例１と同様にして発光ダイオ
ードを１００個形成させた。実施例８の発光ダイオード
は、輝度が低いが、寿命試験において実施例１と同様に
優れた耐候性を示していた。

【００７３】（実施例９）実施例９の発光ダイオード
は、フォトルミネッセンス蛍光体として一般式Ｙ₃Ｉｎ₃
Ｏ₁₂：Ｃｅで表されるＡｌを含まない蛍光体を用いた以
外は、実施例１と同様にして発光ダイオードを１００個
形成させた。実施例９の発光ダイオードは、輝度が低い
が寿命試験において実施例１と同様に優れた耐候性を示
していた。

【００７４】

【発明の効果】本願発明の発光ダイオードは、窒化物系
化合物半導体の発光素子と、セリウムで付活されたイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や（ＲＥ
_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_yＧａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体を組み
合わせることにより長時間高輝度時の使用においても発
光効率が高い発光ダイオードを実現する。さらに、本願
発明の発光ダイオードは、信頼性や省電力化、小型化さ
らには色温度の可変性など車載や航空産業、一般電気機
器に表示の他に照明として新たな用途を開くことができ
る。特に、本願発明に用いられるフォトルミネセンス蛍
光体は、短残光であり１２０ｎsecという応答速度を有
する光源などとして利用することもできる。また、発光
色を白色にして、人間の目で長時間視認する場合には刺
激が少なく目に優しい発光ダイオードとすることができ
る。さらに、ＬＥＤチップは単色性ピーク波長を有する
といってもある程度のスペクトル幅を持つため演色性が
高い。広く光源として使用する場合には欠かせない長所
となる。即ち、発光ダイオードを用いてスペクトル幅の
広いスキャナー用の光源などとすることもできる。

【００７５】特に、本願発明の請求項１または３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、発光効率の低下が極めて少ない白色系が発光
可能な発光ダイオードなど種々の発光ダイオードとする
ことができる。また、樹脂劣化に伴う輝度の低下も抑制
させることができる。

【００７６】本発明の請求項２又は請求項４の構成とす
ることにより、効率よく発光することができる。すなわ
ち、一般に、蛍光体は短波長側から長波長側に変換させ
る方が効率がよい。また、発光ダイオードにおいては紫
外光が樹脂（モールド部材やコーティング部材に樹脂を
用いた場合）を劣化させるために可視光の方が好まし
い。本願発明は、可視光のうち短波長側の青色光を利用
し、フォトルミネセンス蛍光体によってそれよりも長波
長側の光に効率よく変換させることができる。さらに、
変換された光はＬＥＤチップから放出される光よりも長
波長側（すなわち、蛍光体からの光エネルギーは、ＬＥ
Ｄチップのバンドギャプよりも小さい）になっている。
そのため、フォトルミネセンス蛍光体などによって非発
光観測面側であるマウント・リード側などに反射散乱さ
れてもＬＥＤチップに吸収されにくい。そのためにフォ
トルミネセンス蛍光体により変換された光が、ＬＥＤチ
ップ側に向かったとしてもＬＥＤチップに吸収されずマ
ウント・リードのカップなどで反射され効率よく発光す
ることが可能となる。

【００７７】本願発明の請求項５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、発光効率
の低下が極めて少ない発光ダイオードなど種々の発光ダ
イオードとすることができることに加えて、発光ダイオ
ードを複数近接して配置した場合においても他方の発光
ダイオードからの光により蛍光体が励起され疑似点灯さ
れることを防止させることができる。また、ＬＥＤチッ
プ自体の発光むらを蛍光体により分散することができる
ためより均一な発光光を有する発光ダイオードとするこ
とができる。通常、ＬＥＤチップから放出される光は、
ＬＥＤに電力を供給する電極を介して光が放出される。
放出された光は、ＬＥＤチップに形成された電極の陰と
なる。電極により一定の不要な発光パターンをとる。そ
のため全方位的に均等に光を放出することができない。
本願発明は、フォトルミネセンス蛍光体によってＬＥＤ
チップからの光を散乱させるため発光ダイオードから均
一な発光をさせることができ不要な発光パターンをとる
ことはない。

【００７８】本願発明の請求項６の構成とすることによ
り、より温度依存性の少ない発光ダイオードとすること
ができる。

【００７９】本願発明の請求項７の構成とすることによ
り、比較的安価で高精細なＬＥＤ表示装置や視認角度に
よって色むらの少ないＬＥＤ表示装置とすることができ
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の模式的断
面図である。

【図２】図２は、本願発明の他の発光ダイオードの模式
的断面図である。

【図３】図３は、本願発明の発光ダイオードの発光スペ
クトルの一例を示した図である。

【図４】図４（Ａ）は、本願発明に使用されるフォトル
ミネセンス蛍光体の吸収スペクトルの一例を示し、図４
（Ｂ）は、本願発明に使用されるフォトルミネセンス蛍
光体の発光スペクトルの一例を示した図である。

【図５】図５は、本願発明の発光ダイオードを用いたＬ
ＥＤ表示装置の模式図である。

【図６】図６は、図５に用いられるＬＥＤ表示装置のブ
ロック図である。

【図７】図７は、本願発明の発光ダイオードを用いた別
のＬＥＤ表示装置の模式図である。

【図８】図８（Ａ）は、本願発明の実施例１と比較のた
めに示した比較例１の発光ダイオードとの温度２５℃２
０ｍＡ通電における寿命試験を示し、図８（Ｂ）は、本
願発明の実施例１と比較のために示した比較例１の発光
ダイオードとの温度６０℃９０％ＲＨ下で２０ｍＡ通電
における寿命試験を示したグラフである。

【図９】図９は、本願発明の発光ダイオードに加えＲＧ
Ｂがそれぞれ発光可能な発光ダイオードを一絵素として
配置させた表示装置の部分正面図である。

【図１０】図１０（Ａ）は、（Ｙ_0.6Ｇｄ_0.4）₃Ａｌ₅Ｏ
₁₂：Ｃｅで表される実施例２のフォトルミネッセンス蛍
光体の発光スペクトルを示す。図１０（Ｂ）は、主ピー
ク波長が４６０ｎｍを有する実施例２のＬＥＤチップの
発光スペクトルを示す。図１０（Ｃ）は、実施例２の発
光ダイオードの発光スペクトルを示す。

【図１１】図１１（Ａ）は、（Ｙ_0.2Ｇｄ_0.8）₃Ａｌ₅Ｏ
₁₂：Ｃｅで表される実施例５のフォトルミネッセンス蛍
光体の発光スペクトルを示す。図１１（Ｂ）は、主ピー
ク波長が４５０ｎｍを有する実施例５のＬＥＤチップの
発光スペクトルを示す。図１１（Ｃ）は、実施例５の発
光ダイオードの発光スペクトルを示す。

【図１２】図１２（Ａ）は、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表さ
れる実施例６のフォトルミネッセンス蛍光体の発光スペ
クトルを示す。図１２（Ｂ）は、主ピーク波長が４５０
ｎｍを有する実施例６のＬＥＤチップの発光スペクトル
を示す。図１２（Ｃ）は、実施例６の発光ダイオードの
発光スペクトルを示す。

【図１３】図１３（Ａ）は、Ｙ₃（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）₅Ｏ
₁₂：Ｃｅで表される実施例７のフォトルミネッセンス蛍
光体の発光スペクトルを示す。図１３（Ｂ）は、主ピー
ク波長が４５０ｎｍを有する実施例７のＬＥＤチップの
発光スペクトルを示す。図１３（Ｃ）は、実施例７の発
光ダイオードの発光スペクトルを示す。

【符号の説明】

１０１、７０１・・・フォトルミネセンスが含有された
コーティング部１０２、２０２、７０２・・・ＬＥＤチップ１０３、２０３・・・導電性ワイヤー１０４・・・モールド部材１０５・・・マウント・リード１０６・・・インナー・リード２０１・・・フォトルミネセンスが含有されたモールド
部材２０４・・・筐体２０５・・・筐体に設けられた電極５０１・・・発光ダイオード５０４・・・筐体５０５・・・遮光部材５０６・・・充填材６０１・・・ＬＥＤ表示器６０２・・・ドライバー６０３・・・ＲＡＭ６０４・・・階調制御手段７０３・・・金属製基板７０４・・・導光板７０５、７０７・・・反射部材７０６・・・散乱シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの
発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光するフ
ォトルミネセンス蛍光体とを有する発光ダイオードにお
いて、前記ＬＥＤチップが窒化物系化合物半導体で、前記フォ
トルミネセンス蛍光体がセリウムで付活されたイットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体であることを
特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】前記窒化物系化合物半導体であるＬＥＤ
チップの発光スペクトルの主ピークが４００ｎｍから５
３０ｎｍ内の発光波長を有し、且つ前記フォトルミネセ
ンス蛍光体の主発光波長が前記ＬＥＤチップの主ピーク
より長い請求項１に記載される発光ダイオード。
【請求項３】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの
発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光するフ
ォトルミネセンス蛍光体とを有する発光ダイオードにお
いて、前記ＬＥＤチップが窒化物系化合物半導体で、前記フォ
トルミネセンス蛍光体が（ＲＥ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_yＧａ
_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体であることを特徴とする発光ダ
イオード。ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、ＲＥは、
Ｙ、Ｇｄから選択される少なくとも一種である。
【請求項４】前記窒化物系化合物半導体であるＬＥＤ
チップの発光スペクトルの主ピークが４００ｎｍから５
３０ｎｍ内の発光波長を有し、且つ前記フォトルミネセ
ンス蛍光体の主発光波長が前記ＬＥＤチップの主ピーク
より長い請求項３に記載される発光ダイオード。
【請求項５】マウント・リードのカップ内に配置させ
たＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップと導電性ワイヤーを
用いて電気的に接続させたインナー・リードと、前記カ
ップ内に充填させたコーティング部材と、該コーティン
グ部材、ＬＥＤチップ、導電性ワイヤー及びマウント・
リードとインナー・リードの少なくとも一部を被覆する
モールド部材と、を有する発光ダイオードであって、前記ＬＥＤチップが窒化ガリウム系化合物半導体であ
り、かつ前記コーティング部材が（ＲＥ_1-xＳｍ_x）
₃（Ａｌ_yＧａ_1-y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体を有する透光性樹
脂であることを特徴とする発光ダイオード。ただし、０
≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、ＲＥは、Ｙ、Ｇｄから選択され
る少なくとも一種である。
【請求項６】前記フォトルミネセンス蛍光体の組成が
次の一般式で示されることを特徴とする請求項１、請求
項３又は請求項５記載の発光ダイオード。（Ｙ_1-p-q-rＧｄ_pＣｅ_qＳｍ_r）₃（Ａｌ_1-sＧａ_s）₅Ｏ₁₂ ただし、０≦ｐ≦０．８０．００３≦ｑ≦０．２０．０００３≦ｒ≦０．０８（ただし、ｐ＋ｑ＋ｒ≦
１）０≦ｓ≦１
【請求項７】請求項５記載の発光ダイオードをマトリ
ックス状に配置したＬＥＤ表示器と、該ＬＥＤ表示器と
電気的に接続させた駆動回路と、を有するＬＥＤ表示装
置。