JP3748355B2

JP3748355B2 - 発光ダイオード

Info

Publication number: JP3748355B2
Application number: JP2000019354A
Authority: JP
Inventors: 正明加藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: JP2001210874A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光波長変換のために蛍光体と組み合わせた発光ダイオード（ＬＥＤ）チップおよび発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
４３０ｎｍ以下の短い波長で発光するＬＥＤが開発されてから、そのＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布することによって発光波長の変換を図り、白色の発光を可能としたＬＥＤランプが開発されている。
【０００３】
しかしながら、この蛍光体は、その比重が大きく、エポキシ樹脂等の樹脂と蛍光体を混合してＬＥＤチップの表面に塗布した場合に、蛍光体のみが沈降してしまうため、多量の塗布を行う必要がある。
【０００４】
さらに、ＬＥＤチップの表面に塗布された蛍光体による波長変換によって得られる２次発光波長は１種類のみであり、その２次発光波長と、励起前のＬＥＤチップの発光波長との組み合わせ比率で表現できる色調のみを発光可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、非常に高価な蛍光体を多量に使用する必要があり、製品コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
また、蛍光体の塗布量のバラツキによって、変換された波長のバランスが変わるため、発光する色調にバラツキが生じて、製造の歩留りが低下するという問題もあった。
【０００７】
さらに、色座標で表される色調表現については、ＬＥＤ自体の発光波長と、その発光波長を蛍光体で励起して波長変換した発光波長とを結ぶ線上以外の色調表現が不可能であった。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、少量の蛍光体で効率良く発光波長変換を行うことが可能であり、製造の歩留りを向上させることができ、さらに、色調表現のバリエーションを増加させることができる発光ダイオードチップおよび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】
本発明の発光ダイオードは、基板上に、所定波長の光を発光する半導体積層構造が形成され、該基板の該半導体積層構造とは反対側の面に、前記半導体積層構造から発光される光の波長を変換させるための下部蛍光体層が１層または２層以上形成されている発光ダイオードチップが、前記下部蛍光体層とリードフレームとの間に設けられたダイボンド用接着剤によって該リードフレームにダイボンドされるとともに、前記半導体積層構造に設けられた一対の電極と前記リードフレームとがそれぞれワイヤーボンドされ、さらに、１種類または２種類以上の蛍光体が樹脂に混合された上部蛍光体層が、該発光ダイオードチップ表面に該表面および前記各電極を覆うように塗布されるとともに、前記下部蛍光体層とによって該発光ダイオードチップを完全に包み込むように、前記半導体積層構造の側面を覆って塗布されており、前記発光ダイオードチップが、前記リードフレームとともに樹脂にてモールドされていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
前記上部蛍光体層の蛍光体は、前記半導体積層構造から発光される光の波長を、前記下部蛍光体層とは異なる波長に変換させるものであってもよい。
前記半導体積層構造は、４３０ｎｍ以下の波長の光を発光するものであってもよい。
【００１２】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１３】
本発明にあっては、ＬＥＤチップのサブストレート基板の下面（半導体積層構造とは反対側の面）に、蛍光体層を設けることによって、ＬＥＤからの発光波長を変換させることができる。この蛍光体層は、エポキシ樹脂等に蛍光体を混ぜたものを基板の下面に均一に塗布したり、またはエポキシ樹脂やガラス等の固体中に蛍光体を分散させたものを基板の下面に貼り付けること等により形成することができる。よって、従来のように、塗布量のバラツキが生じたり、蛍光体が樹脂に沈降して多量の蛍光体を必要とするという問題は生じない。
【００１４】
また、本発明のＬＥＤチップをリードフレームや導電性基板にダイボンドしてワイヤーボンドを行った後、ＬＥＤチップ表面に蛍光体を塗布することにより、この蛍光体塗布層と基板下面に設けた蛍光体層とで、ＬＥＤチップの発光層を完全に包み込むことが可能となる。上部は樹脂に混ぜた蛍光体を塗布し、下部は蛍光体を分散した樹脂を塗布したり、樹脂蛍光体を分散した固体を貼り付けること等により、必要な蛍光体の量を減らすことができ、少量の蛍光体で効率の良い波長変換が可能である。よって、従来技術のように、高価な蛍光体を多量に使用する必要がなく、製品コストが高くなるという問題が生じない。
【００１５】
さらに、ＬＥＤチップ表面に塗布する蛍光体の種類を、基板の下面に設けた蛍光体層と発光波長が異なるものにすることにより、ＬＥＤ自体の発光波長と、下部蛍光体層で励起されて変換された発光波長と、上部蛍光体塗布層で励起されて変換された発光波長の３種類の波長を発光可能である。よって、従来よりも表現可能な色調のバリエーションが一気に増加する。
【００１６】
基板下面に発光波長が異なる蛍光体層を２層以上設けたり、ＬＥＤチップ表面に蛍光体を２種類以上塗布することにより、さらに色調表現のバリエーションを増やすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態におけるＬＥＤチップの概略構成を示す断面図である。このＬＥＤチップは、サファイア基板５上に、Ｎ−ＧａＮ層４、発光層３およびＰ−ＧａＮ層２からなる半導体積層構造が積層されている。発光層３およびＰ−ＧａＮ層２はその下のＮ−ＧａＮ層４が露出するようにその一部が除去され、そのＮ−ＧａＮ層４の露出部上およびＰ−ＧａＮ層２上に電極１が形成されている。
【００１９】
さらに、サファイア基板５の下面には、ＬＥＤ自体からの発光波長（青色（例えば４３０ｎｍ）以下（青色以下の発光波長）を波長変換するために下部蛍光体層６が設けられている。
【００２０】
例えば、ウェハーのダイシング前に、樹脂中に蛍光体を均一に分散させたものに蛍光体を混ぜたものをサファイア基板５の下面に均一に塗布し、１チップずつ分割することにより、下部蛍光体層６を形成することができる。または、ウェハーのダイシング前に、樹脂やガラス等の固体中に蛍光体を分散させたものをサファイア基板５の下面に貼り付け、１チップずつ分割することによっても、下部蛍光体層６を形成することができる。
【００２１】
この樹脂としては、エポキシ樹脂やガラス等を用いることができ、蛍光体としてはＣｅ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）、ＣａＧａ₂Ｓ₄：Ｃｅ³⁺、ＳｒＣａ₂Ｓ₄：Ｃｅ³⁺、Ｍ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ³⁺（但し、Ｍはカルシウム、ストロンチウムおよびバリウムのうちの少なくとも１つ以上の金属元素）、Ｙ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ³⁺等を用いることができる。
【００２２】
このＬＥＤチップを、図２に示すように、ダイボンド用接着剤１０を用いてリードフレーム９にダイボンドする。そして、ＬＥＤチップ表面に存在する金属性の電極１のうち、アノード側およびカソード側の一方を、金またはアルミニウム等の細線８を用いて、ダイボンドされているフレームの端部にワイヤー接続し、他方の電極をダイボンドされているフレームとは離れた位置にある対極のフレームにワイヤー接続する。以上によりダイボンドおよびワイヤーボンド工程が完了する。
【００２３】
このようにワイヤーボンドを完了したリードフレームは、通常、透明または着色したエポキシ樹脂で任意の形状にモールドされる。
【００２４】
本実施形態では、ワイヤーボンド後に、ＬＥＤチップ表面に下部蛍光体層６とは異なる発光波長の蛍光体を混ぜた樹脂を塗布して、図２に示すような上部蛍光体塗布層７を形成する。この蛍光体としてはＣｅ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）、ＣａＧａＳ₄：Ｃｅ、ＣａＧａ₂Ｓ₄：Ｃｅ³⁺等を用いることができる。その後、さらに樹脂で任意の形状にモールドする。
【００２５】
このようにして得られる本実施形態のＬＥＤの発光波長分布を図３に示す。この図に示すように、本実施形態のＬＥＤからは、ＬＥＤチップ自体からの発光波長と、ＬＥＤチップ自体からの発光を下部蛍光体層で励起して得られる発光波長と、ＬＥＤチップ自体からの発光を上部蛍光体塗布層で励起して得られる発光波長との３種類の波長の光が得られる。そして、各々の波長光のピーク出力の高さをコントロールすることによって、任意の色調を表現することができる。上記ＬＥＤチップ自体からの発光波長は電流によりコントロールし、ＬＥＤチップ自体からの発光を下部蛍光体層で励起して得られる発光波長およびＬＥＤチップ自体からの発光を上部蛍光体塗布層で励起して得られる発光波長は蛍光体濃度でコントロールすることができる。
【００２６】
なお、図３においては、下部蛍光体層の発光波長よりも上部蛍光体塗布層の発光波長を大きくしてあるが、逆であってもよい。また、下部蛍光体層として異なる発光波長を有する２層以上の蛍光体層を形成してもよく、上部蛍光体塗布層として異なる発光波長を有する２種類以上の蛍光体を塗布してもよい。
【００２７】
さらに、本発明は、ＧａＮからなるＬＥＤチップに限られず、他の材料系を用いたＬＥＤチップに適用することも可能であり、例えばＺｎＳｅ系材料が挙げられる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ＬＥＤチップのサブストレート基板の下面に、蛍光体を均一に分散させた蛍光体層を予め設けておき、さらに、リードフレームや導電性基板へのダイボンドやワイヤーボンドを行った後、ＬＥＤチップ表面に蛍光体を塗布することで、ＬＥＤチップの発光層を完全に包み込むことが可能となる。よって、少量の蛍光体によって効率良く波長変換を行うことができ、製造コストを下げることができる。
【００２９】
また、基板の下面に設けた蛍光体層として、固体に蛍光体を分散させたものを用いることにより、その固体中の濃度を変化させたり、固体の厚みを変化させることで蛍光体量をコントロールしてバラツキを防ぐことができる。
【００３０】
さらに、ＬＥＤチップ表面に塗布する蛍光体の種類を、基板の下面に設けた蛍光体層とは発光波長が異なるものにすることにより、ＬＥＤ自体の発光波長と、下部蛍光体層で励起されて変換された発光波長と、上部蛍光体塗布層で励起されて変換された発光波長の３種類の波長を発光可能な発光ダイオードが得られる。よって、従来よりも表現可能な色調のバリエーションを大幅に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＬＥＤチップの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であるＬＥＤの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態であるＬＥＤにおける発光波長分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１ＬＥＤチップの電極
２Ｐ−ＧａＮ層
３発光層
４Ｎ−ＧａＮ層
５サファイア基板
６下部蛍光体層
７上部蛍光体塗布層
８金線またはアルミニウム等からなる細線
９リードフレーム
１０ダイボンド用接着材

Claims

基板上に、所定波長の光を発光する半導体積層構造が形成され、該基板の該半導体積層構造とは反対側の面に、前記半導体積層構造から発光される光の波長を変換させるための下部蛍光体層が１層または２層以上形成されている発光ダイオードチップが、前記下部蛍光体層とリードフレームとの間に設けられたダイボンド用接着剤によって該リードフレームにダイボンドされるとともに、前記半導体積層構造に設けられた一対の電極と前記リードフレームとがそれぞれワイヤーボンドされ、さらに、１種類または２種類以上の蛍光体が樹脂に混合された上部蛍光体層が、該発光ダイオードチップ表面に該表面および前記各電極を覆うように塗布されるとともに、前記下部蛍光体層とによって該発光ダイオードチップを完全に包み込むように、前記半導体積層構造の側面を覆って塗布されており、前記発光ダイオードチップが、前記リードフレームとともに樹脂にてモールドされていることを特徴とする発光ダイオード。
前記上部蛍光体層の蛍光体は、前記半導体積層構造から発光される光の波長を、前記下部蛍光体層とは異なる波長に変換させるものである請求項１に記載の発光ダイオード。
前記半導体積層構造は、４３０ｎｍ以下の波長の光を発光する請求項１に記載の発光ダイオード。