(57)【要約】【課題】設置する場所や空間の制限、形状に関わらずフレキシブルな面発光型ＬＥＤ照明であり、明るさを変えても色調が変化しない照明組立て時に任意の大きさに設定できるＬＥＤ照明を提供する。【解決手段】少なくとも２以上の発光ダイオードチップが基板上に併設され、該発光ダイオードチップが相互に電気的に直列に接続されてなるＬＥＤ照明において、該発光ダイオードチップの正電極と隣接する発光ダイオードチップの負電極が直接接続されているＬＥＤ照明【選択図】図５
2004335853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性薄膜フィルム上に少なくとも電極層と半導体発光層及び透光性電極層を順に備える半導体発光装置。
【請求項２】
前記耐熱性薄膜フィルムが金属薄板の少なくとも片面に一体化して形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光層が半導体発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記半導体発光層が窒化物系半導体材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
少なくとも耐熱性薄膜フィルム上に電極層と半導体発光層及び透光性電極層を順に備える第一の半導体発光部分と、該耐熱性薄膜フィルム上に第一の半導体発光部分と併設して設けられた第二の半導体発光部分を有し、
前記第一の半導体発光部分の透明電極層が前記第二の半導体発光部分の電極層と電気的に接続されてなる半導体発光装置。
【請求項６】
前記電気的に接続された第二の半導体発光部分の電極層と第一の半導体発光部分の透明電極層とが直接接触して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
少なくとも２以上の発光ダイオードチップが基板上に併設され、該発光ダイオードチップが相互に電気的に直列に接続されてなるＬＥＤ照明において、該発光ダイオードチップの正電極と隣接する発光ダイオードチップの負電極が直接接続されていることを特徴とするＬＥＤ照明。
【請求項８】
前記発光ダイオードが窒化物系半導体材料からなることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ照明。
【請求項９】
前記発光ダイオードチップの正電極と隣接する発光ダイオードチップの負電極が直接接続されているところの基板上に併設された少なくとも２以上の発光ダイオードチップからなるＬＥＤ照明が、該ＬＥＤ照明の明るさをパルス駆動電流の発光期間で制御するパルス発光期間制御装置を備えることを特徴とする請求項７乃至請求項８に記載のＬＥＤ照明。
【請求項１０】
前記パルス駆動電流の駆動電流パルス高さレベルを少なくとも２以上備える駆動電流パルス高さ制御装置を備える請求項９に記載のＬＥＤ照明。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に半導体層を積層して構成される照明装置にかかわり、特にフレキシブル基板上に面状の発光源を為しえる等の形状融通性のある色調の安定した照度調節可能なＬＥＤ照明に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、表示面にＬＥＤ表示デバイスを装着し、複数のＬＥＤの点灯制御によって各種情報を表示するようにした発光式の表示装置や、照明が知られている。こういった表示装置や照明が湾曲した表示面等にもＬＥＤ表示デバイスや照明を装着可能でかつ、段差部や折り曲げ部を生じずに斜め方向から表示面を見たときの視認性を確保するために、基板をフレキシブルな材質で形成して湾曲可能とした可撓性のＬＥＤ表示デバイスを、湾曲した表示面に装着した構造の表示装置が知られている。また、フレキシブル基板の変形によるボンディングワイヤの断線などを抑制するためにさらに可撓性プリント基板に多数のＬＥＤ素子を実装するとともに、該可撓性プリント基板の表面に硬質の透明樹脂層を被着して、可撓性プリント基板を透明樹脂層によって湾曲形状に保持したようなＬＥＤ表示装置も提案された。加えて、ＬＥＤ表地面の設計自由度をさらに向上させ、テーパ筒状形状や螺旋形状、球殻形状等のより複雑な３次元の湾曲面形状を有するＬＥＤ表示面を形成するためにＬＥＤ素子を直線状に配列した異なる配列方向を複数有したような構造が提案されている。
【０００３】
例えば、図１及び図２に示すようなＬＥＤ表示装置１０においてはＬＥＤ基板２とドライブ基板によって構成されており、ＬＥＤ基板２に実装された多数のＬＥＤ素子１に対する電力の供給がドライブ基板で制御されることにより、各ＬＥＤ素子１が点灯制御されるようになっている。ＬＥＤ基板２は可撓性プリント基板５の表面に、赤や緑等の発色用のＬＥＤ素子１を多数個、実装するとともに、それらのＬＥＤ素子１を覆うようにして、硬質の透明樹脂層７を被着することにより、該透明樹脂層７で可撓性プリント基板５の全体を湾曲形状に保持せしめた構造とされている。
【０００４】
この可撓性プリント基板５には、フレキシブル有機絶縁物系等の可撓性基材８に対して、抵抗層（レジスト）９と、電極としての銅箔等からなる導体パターン１１がフォトエッチング等によって形成されている。特に、可撓性基材８は、平板状態において、全体として薄肉で略扇形の平板形状を有しており、この可撓性基材８の表面上に、抵抗層９を介して多数のＬＥＤ素子１が載置状態で固着されているとともに、各ＬＥＤ素子１の給電部位１２ａ、１２ｂに対して、導体パターン１１によって形成されたカソード電極とアノード電極が、給電用のボンディングワイヤ１３ａ、１３ｂによって接続せしめられている。
可撓性プリント基板５には、複数本の直線上にそれぞれ複数のＬＥＤ素子１が整列して配されており、それによって、可撓性プリント基板５上でそれぞれ直線的に延びる複数のＬＥＤ素子列３が形成されている。特に、可撓性プリント基板５が、平板状態において内外周縁部が同一曲率中心をもって円弧帯形状で延びる略扇形状とされており、かかる可撓性基板５の表面において、各ＬＥＤ素子列３が、周方向で互いに略一定の距離を隔てて、それぞれ可撓性プリント基板５の曲率中心に向かう径方向線に沿って延びるようにして形成されている。これにより、複数本のＬＥＤ素子列３は、互いに異なるＬＥＤ素子１の配列方向をもって形成されており、可撓性プリント基板５上にこれら多数のＬＥＤ素子１が配設されることによって、表示領域４が形成されている。すなわち、可撓性プリント基板５上の表示領域４が、円弧帯形状とされており、該表示領域４の径方向両側の外縁線に対して、全てのＬＥＤ素子列３が略直交するように配列されているのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなフレキシブル基板上のＬＥＤ表示装置はすべて形状融通性のみを追求した、いわば基板の可撓性のみに着目し可撓性のみを活かすように開発、提示されているものであり発光ダイオードなど半導体発光素子特有の電流―発光特性に着目し、かつフレキシブル基板の特徴をも兼ね備え、相乗効果により安定した色調の照明などの発光装置を得ることは不可能であった。
本発明は、上記のような課題を解決し、すなわち可撓性基板につきものの電極やワイヤによる電気的導通の可撓断線、素子の破断などフレキシブルに起因するさまざまな好ましからざる悪影響や、発熱による問題などを解決した素子形状としかつ、安定した色調の面状発光も可能な薄膜ＬＥＤ発光装置等を得ることを目的とする。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３３３８４７
【特許文献２】
特開平１０−１１６０３９
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、耐熱性薄膜フィルム上に少なくとも電極層と半導体発光層及び透光性電極層を順に備える半導体発光装置です。これによりフレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさ、形状に切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできる薄膜発光装置を実現することができる。
また請求項２に記載の発明は、耐熱性薄膜フィルムが金属薄板の少なくとも片面に一体化して形成されてなる半導体発光装置です。これによりよりフレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさに切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできる薄膜発光装置を実現することができる。また、金属薄板を用いているので強度の面でも頑強であり、かつ形状復元性のある発光装置とすることが可能です。請求項３に記載の発明は、半導体発光層が半導体発光ダイオードである半導体発光装置です。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、半導体発光層が窒化物系半導体材料からなる半導体発光装置です。これにより青色を含むフルカラーの発光装置とすることも可能です。
請求項５に記載の発明は、少なくとも耐熱性薄膜フィルム上に電極層と半導体発光層及び透光性電極層を順に備える第一の半導体発光部分と、耐熱性薄膜フィルム上に第一の半導体発光部分と併設して設けられた第二の半導体発光部分を有し、第一の半導体発光部分の透明電極層が第二の半導体発光部分の電極層と電気的に接続されてなる半導体発光装置です。これによりフレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさに切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできる薄膜発光装置を実現することができる。さらには、隣接する同構造の発光素子同士を直列に接続できるので簡便に同一駆動を実現できるとともに、基板面積方面に発光素子が薄膜形成されているので、特に放熱性と光放射特性に優れた発光装置とすることができる。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、電気的に接続された第二の半導体発光部分の電極層と第一の半導体発光部分の透明電極層とが直接接触して接続されている半導体発光装置です。これによりフレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさに切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできる薄膜発光装置を実現することができる。さらには、隣接する発光素子同士を直列に接続できるので簡便に同一駆動を実現できるとともに、基板面積方面に発光素子が薄膜形成されているので、特に放熱性と光放射特性に優れた発光装置とすることができる。さらには、電極同士が直接接触にて接続されているので、ワイヤボンディング等による接続に比してボンディングパッド部の剥がれや、ワイヤの切断などによる断線が低減されるとともに、電気経路の単純化により低抵抗化が実現できるので、発光装置の効率が上昇する。また、製造工程の単純化によるコストダウンや収率の向上が期待できます。
【００１０】
同時に電極同士の接触面積を大きく取れるので、抵抗の低減につながる。
請求項７に記載の発明は、少なくとも２以上の発光ダイオードチップが基板上に併設され、該発光ダイオードチップが相互に電気的に直列に接続されてなるＬＥＤ照明において、該発光ダイオードチップの正電極と隣接する発光ダイオードチップの負電極が直接接続されていることを特徴とするＬＥＤ照明です。これによりフレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさに切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできるＬＥＤ照明を実現することができる。さらには、隣接する発光素子同士を直列に接続できるので簡便に同一駆動を実現できるとともに、基板面積方面に発光素子が薄膜形成されているので、特に放熱性と光放射特性に優れたＬＥＤ照明とすることができる。さらには、電極同士が直接接触にて接続されているので、ワイヤボンディング等による接続に比してボンディングパッド部の剥がれや、ワイヤの切断などによる断線が低減されるとともに、電気経路の単純化により低抵抗化が実現できるので、発光装置の効率が上昇する。また、製造工程の単純化によるコストダウンや収率の向上が期待できる。同時に電極同士の接触面積を大きく取れるので、抵抗の低減につながる。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、発光ダイオードが窒化物系半導体材料からなることを特徴とするＬＥＤ照明です。これにより、青色を含むフルカラーのＬＥＤ照明とすることが可能となる。
請求項９に記載の発明は、発光ダイオードチップの正電極と隣接する発光ダイオードチップの負電極が直接接続されているところの基板上に併設された少なくとも２以上の発光ダイオードチップからなるＬＥＤ照明が、ＬＥＤ照明の明るさをパルス駆動電流の発光期間で制御するパルス発光期間制御装置を備えるＬＥＤ照明です。
これによりフレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさに切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできるＬＥＤ照明を実現することができる。さらには、隣接する発光素子同士を直列に接続できるので簡便に同一駆動を実現できるとともに、基板面積方面に発光素子が薄膜形成されているので、特に放熱性と光放射特性に優れたＬＥＤ照明とすることができる。さらには、電極同士が直接接触にて接続されているので、ワイヤボンディング等による接続に比してボンディングパッド部の剥がれや、ワイヤの切断などによる断線が低減されるとともに、電気経路の単純化により低抵抗化が実現できるので、発光装置の効率が上昇する。また、製造工程の単純化によるコストダウンや収率の向上が期待できる。同時に電極同士の接触面積を大きく取れるので、抵抗の低減につながり、またパルスの幅のみにより電流量を調節すなわち輝度を調節するので、輝度の変更時においてもパルス高さ電流量の変化時のような色調の変化が生じず、安定した色度のＬＥＤ照明で輝度調節が可能となる。
請求項１０に記載の発明は、パルス駆動電流の駆動電流パルス高さレベルを少なくとも２以上備える駆動電流パルス高さ制御装置を備えるＬＥＤ照明です。これにより、より幅の広い大きな輝度の調節も可能となり、かつ色度の変調がパルス高さの設定数だけの最小限に低減できる。
【００１２】
（耐熱性薄膜フィルム）
エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の有機絶縁物系のほかこれらを紙や布に含侵させた基板、さらにはポリエステルやポリイミド、ポリエーテルイミド等のフレキシブル有機絶縁物系等が好適に適用可能である。また、メラミン樹脂やアクリルロニトリルースチレン（ＡＳ）やポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等が採用可能であり、熱重合硬化樹脂や光重合硬化樹脂または電子線重合硬化樹脂が好適用できる。またフッ素樹脂フィルム（ＦＥＰ：４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂）などのフッ素系薄膜を用いると金属基板等への熱圧着を簡便に行える利点もありまた、透光性薄膜であれば光取り出しの側面からも好ましい。耐熱性繊維材や難燃薄膜繊維材などを使用することもできる。
【００１３】
（電極層）
典型的には半導体発光装置に電子または正孔を供給したり取り出したりするための半導体発光装置外部との電気信号入出力に関わる連絡経路となる部位である。電極は典型的には半導体本体を形成する半導体材料とは異なる組成から形成され、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒなど電気を通す素材であれば電極として機能しうる。もちろん、金属材料に限られることはなく導電性を有する導電性プラスチックなどでも良く、機能として導電性を有し半導体発光装置本体との電気の入出力窓口として働くものであれば、本発明の実施に際し電極材料においては一切限定されるものではない。また、電極は単一元素の材料からなるだけではなく、２層以上の層構造としたり、合金化、共晶化したり混晶としたりとさまざまな形態としても良い（例えばＩＴＯなど）。例えば好ましくは、ＡｌＧａＮ系やＧａＮ系へのオーミック電極はＴｉ／Ａｌ系電極であると良好に機能する上でより好ましい。
【００１４】
（半導体発光層）
本発明では半導体材料からなる層であって光電変換を行う発光層を含む一連の半導体層を半導体発光層という。半導体発光層においては光電変換をして発光を為さしめるための、ダブルへテロ構造、シングルへテロ構造、リッジ構造、その他のＰＮ接合構造や形態および給電のための電極層が接続されるｐ型層、ｎ型層を含めた素子の構造、さらには結晶性改善のためのバッファ層やキャップ層、蒸発防止層の有無などは特に限定されるものではなく、発光する層を含めた上述の一連の半導体層を総称して半導体発光層というものとする。
【００１５】
（透光性電極層）
透光性を有する電極からなる電極層であり、２層以上の多層構造や混晶、共晶、合金等であってもよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムティンオキサイド）、ＳｎＯ２などを使用することが可能である。窒化物系半導体の場合の透明電極としては典型的には、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔなどやこれらの多層膜が知られているがいずれを選択して用いることも可能である。
【００１６】
（半導体発光装置）
半導体発光ダイオードや半導体レーザダイオード、エレクトロルミネッセンスや液晶なども含めた半導体発光素子において光電変換を実施して得た光出力を用いた発光装置であればすべてこの範疇に含めるものである。より典型的にはＬＥＤディスプレイやＬＥＤ照明装置などである。
【００１７】
（金属薄板）
典型的には、厚さ０．１ｍｍ程度のステンレスまたは鋼、アルミニウムからなる薄板のことであるが、たとえば、Ｃｕ／Ｗ（通称銅タン）からなる放熱を担う基体でもよい。基板は、ある程度機械的強度を有する保持力のあるものが好ましいが、他のフレキシブル基板や形状記憶合金などの柔軟性に富み形状・形態の変化可能な基板を使用することも可能である。熱伝導性基板としては、この他にもＡｌ、Ｃｕ、Ｗなどの金属、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、銅ダイヤモンド、ＧａＮ、Ｓｉ等及びその混晶、合金、混合物、多層構造などを用いることができるのであり、放熱を担える基体であればさらに好ましく、金属以外でも樹脂類やガラス類など材料組成、形状は随時適用可能である。
【００１８】
（窒化物系半導体材料）
本発明にいう窒化物系半導体材料とは、典型的には（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））からなる半導体材料のことをいい、多少なりとも（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））を含有する半導体材料もこれに含める。また、この材料においては、混晶、多結晶やアモルファス、多層膜、ヘテロ構造など半導体発光装置の構造には一切限定されるものではない。
【００１９】
（パルス駆動電流の発光期間）
典型的にはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｅ）において、そのパルス幅のことを言う。パルス駆動電流のパルス幅のみで電流量の調節をすることにより、発光輝度の調整を実施すると発光輝度を変動させた場合においても色度・色調の変動は殆ど生じることがない。すなわち、発光輝度の調節に際し電流量を増減させるのに図３（ｂ）に示すようにパルス駆動電流のパルス高さを変動させると特に発光ダイオードにおいては図４のごとく色度・色調の変動が発生する。一方、パルス高さは一定にしてパルス幅のみの増減により発光期間を調節することによって、点灯期間を増減させれば見た目の明るさ（すなわち輝度）を増減させることができ、かつ色度・色調の変動は生じない。一方、図３（ａ）において説明するように、パルス高さを一定にしてのパルス幅調節による発光期間のみの制御による輝度の増大には限界が生じる。すなわち全期間点灯発光させた場合より明るい輝度を得ることはできない。本発明においては、複数の薄膜半導体発光部分を直列に接続した場合においては、パルス高さ一定の定電流駆動源が単一で回路構成することができるので周辺回路も含め薄膜小型軽量で低コストの発光装置とでき、パルス幅の制御によってのみ輝度を制御することができ、しかも輝度の調節に際し各薄膜半導体発光部分において色度・色調の変動が生じることがない。
【００２０】
（駆動電流パルス高さレベル）
典型的には図３（ｂ）に示すようなパルス高さの電流レベルを複数設定することである。通常の輝度調整はパルス幅で実施するのでこの限りにおいては色度・色調が変動することはない。しかし、このパルス幅のみによる輝度調整では輝度の増大に限界があり全期間発光点灯した以上の輝度を得るにはパルス高さの電流量を増大させるしかないのである。そこで、本発明ではパルス電流の高さを複数設定しておくことにより、それぞれのパルス電流高さレベル内においてはパルス幅により輝度調整しても色調・色度の変動は生じない。たとえば、２段階のパルス高さ設定をしておくとパルス高さ変更時のみ色調・色度の変動が生じるが、それ以外においてはパルス幅制御で輝度調整をするので色調変動は生じない。したがって、常にパルス高さで輝度調整する場合に比べ色調・色度の変化を最小限にまで低減することが可能となる。さらには、薄膜半導体発光素子から構成されているため、発生した熱が素子内部に蓄積されることが抑制される。すなわち基板も含め発光装置として薄膜小型軽量であるため発生熱量自体も少なく、かつ発光装置で発生した熱も薄膜のため速やかに空気中などに放熱される。したがって、発光層のジャンクション温度の上昇が極めて少量に抑制され安定的に継続して放熱されるため、素子の長寿命化と発光装置内発光層の温度不安定・不均一に起因する色調や輝度のバラツキを低減することに有効である。これを照明として用いた場合には、照度・色度の安定した照度調節可能な面発光型薄膜発光装置を構築することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
【実施例】以下、本発明の実施の形態について具体的な構成例を説明する。
図５に示すのは、本発明の実施例を模式的に示す構造図である。この図において、基板５１は厚さ０．１ｍｍのアルミニウム薄板にフッ素系薄膜フィルムを熱圧着して一体化したものである。フッ素薄膜層は１０μｍ厚のものを用いており熱伝導性の確保や絶縁性において好適に作用する。この構成により湿度の高い環境や温度サイクルの激しい環境においても薄膜半導体発光層のはがれやクラックなどの発生が抑制される。また、金属薄膜や薄膜層とも可撓性を発揮するのに十分に薄いので任意の形状にフレキシブルに変えることができるとともに、任意の形状、大きさに切断して、その両端の電極層と透明電極層に給電用の電極を設置することが可能である。
【００２２】
次に電極層５２はＴｉ／Ａｌを約１μｍ蒸着によりデポした。これはストライプ状の金属製マスクを基板５１上に載置しマスクの空隙部分にのみＴｉ／Ａｌを蒸着することで実現できる。ちなみに本実施例ではこの電極層も十分に薄膜であるので、可撓性や透明性を有する電極となっている。
【００２３】
また、第一の発光部分５６や第二の発光部分５７を典型例として図示しているが、本実施例に限定されるものではない。さらに、これら第一の発光部分、第二の発光部分を含む発光部分の形状は波状形、同心円状、矩形状などマスクの形状を工夫することにより任意の形状に作製できる。たとえば、美術絵画的な模様や幾何学模様、さらには似顔絵等の形状の発光部分を形成することが可能であり、半導体発光層を２層以上積層させたタンデム構造とすることにより、立体的な奥行きのある平面状発光装置を形成することが可能である。
【００２４】
続いて、半導体発光層５３を形成する。本実施例においては電極層５２を形成する際と同様のストライプ状金属製マスクであり、マスクの空隙の位置をずらせて形成している金属マスクを使用した。これにより、マスク空隙の所定の位置にのみ半導体発光層５３が成長される。半導体発光層の成長５３は以下に記載のような手順である。
まず、基板５１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃に設定して、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなる低温バッファ層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０５０℃に設定して、同じくＧａＮよりなる下地層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。続いてＳｉを１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型ＧａＮ層を０．２μｍの膜厚で成長させる。ここで、ＳｉドープＧａＮのＳｉ濃度は５×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲に調整することが望ましい。
次に、８００℃に設定して、Ｓｉを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いて設定温度７５０℃で、アンドープＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなる井戸層を３０オングストロームの膜厚で成長させる。次に設定温度を７５０℃に保持したままＴＭＡを原料ガスに加え、アンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる中間層を１０オングストローム成長させる。次に設定温度を８００℃に上昇してＳｉを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｎ型Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる障壁層を１００オングストローム成長させる。
【００２５】
続いて、基板の設定８５０℃でＭｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｐ側クラッド層を０．０１μｍ成長させる。最後に、基板の設定温度８５０℃でＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を５００オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層はｐ型のＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ、ＩｎＧａＮとすれば、透明電極層５４と最も好ましいオーミック接触が得られる。なお、本発明の実施に際して可撓性を保つ上で発光層を含む半導体発光層（半導体層）はすべて、薄膜多層膜さらに好ましくは組成の異なる超格子から構成されることが望ましい。発光層であれば多重量子井戸構造であり、バッファ層やｐ型層やｎ型層等も好ましくは組成の異なる薄膜多層膜から構成すると、フレキシブルに発光体を形状変化させた場合にも半導体層の破断等劣化、断線などが生じにくい。薄膜の膜厚としては好ましくは３Å〜１０００Åまで、さらに好ましくは１０Å〜１００Å程度の厚みで多層構造できれば超格子構造にすることにより、形状変化時のねじれやひずみによる応力を吸収すると考えている。これは原因は定かではないが、多層膜にすることにより、ひずみやねじれ応力が局所に集中せず、多層膜界面全体に、しかも界面ごとに分散されることによると推察している。
このようにして、半導体発光層５３がマスクの空隙部分のみ所定の位置に形成される。
【００２６】
半導体発光層５３の形成終了後、ウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面にオーミック用のＮｉ／Ａｕからなる透光性の透明電極層５４を１００オングストロームの膜厚で形成する。この透明電極層５４の形成についても、前述と同様のマスクを用いる。すなわち、マスクの空隙部分にのみ透明電極５４が形成されるもので、マスクの空隙部は半導体発光層５３の形成時のマスクよりずらして形成されている。このため、図５に示すように隣接する第二の半導体発光部分の電極層と第一の半導体発光部分の透明電極層は直接接触することができ、これによりこの２つの発光部分は直列に接続された薄膜の半導体発光部分を構成することができる。ちなみにこの２つの電極接触部の電気接続を良好にするため、電極接触部に各種熱処理やレーザ照射、電子線照射などを施すことが好ましい。
また、本実施例の半導体発光層５３の最上層はＭｇドープｐ型層であるが、Ｍｇドープｐ型層は適度な電子線照射や熱処理によりより好適に低抵抗化されることが知られている。このため、図５における電極層５２上に位置する半導体発光層５３のｐ型層の所定の部位にのみ電子線照射やレーザ照射など施すことで、基板５１上に直接載置される部分の半導体発光層５３のｐ型層は高抵抗なままでこの部分の半導体発光層５３は良好な絶縁性を発揮し、より発光効率を高めることも可能である。
【００２７】
そして、本実施例では図示していないが半導体発光装置全面に保護膜を形成している。これは電極材料や半導体層を腐食やはがれ、傷つきなど内外部からの劣化原因から保護するための膜のことをいう。典型的には絶縁性を有しており、熱伝導性基板との絶縁や電極間、半導体本体との絶縁を確保できる絶縁性材料で構成することもできる。保護膜の材料としては、例えばＳｉＯ２などのＳｉ酸化膜をはじめ、Ｚｒ酸化物（典型的にはＺｒＯ２）以外にも、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａなどから選択された少なくとも１種類の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ等やこれらの混合物、混晶、合金、層状構成等とすることができるものであるが、これに限定されることはなく、例えばポリイミドフィルムやフェノール樹脂、ナイロン樹脂、各種ポリマーなどプラスチック性機能材料や生分解性有機膜、その他の無機膜などを用いることもできる。つまり、保護膜とは、機能面から定義した言葉であるので、電極材料や半導体層に対してなんらかの保護、性能保持、劣化防止機能、耐環境性、耐腐食性を発現するものはすべてこの範疇に含まれるものである。
【００２８】
一実施形態として、絶縁性と耐久性を求めかつ素子特性への悪影響が少ない材料であり、さらには取り扱いの容易さ、経済性などの面からはＳｉＮを用いることが好ましい。またニオブ酸化膜からなる絶縁膜を用いると良好な絶縁性を発揮するとともに、２ｎｍ程度の薄膜としても絶縁性が損なわれないので、特に放熱特性に優れた保護膜とすることができる。すなわち、放熱特性を良好にする方策の一つとしては、保護膜を薄くして熱伝導をし易くしてやることが考えられるが、この目的に合致させるべく保護膜を薄くすると、保護膜の絶縁破壊耐電圧が下がり、電流リーク特性が悪化するなど絶縁性が悪くなる傾向が見られる場合がある。この点においてニオブ酸化膜は２ｎｍ程度の超薄膜においても十分な絶縁特性を得ることができるので特に好ましい。なお、絶縁膜とは必ずしも導電性が零である膜を指すものではなく、素子機能において良好に期待する性能が得られる程度に抵抗が高ければ十分であり、典型的には半導体層に比して相対的に抵抗率が高い層を絶縁膜ということができる。
【００２９】
上記のようにして作製した図５に示すような薄膜の面状窒化物半導体ダイオードを多数面内方向に直列接続した面状発光照明装置を作製したところ、単一の定電流パルス駆動電流源で駆動でき、同一成長の半導体発光層のため、面内方向色むらもなく、輝度調整時も色度の変化がない時間的にも安定した色度の良好な照明装置とすることができた。これは薄膜の面状発光素子とし、フレキシブル薄膜基板など全体構成の薄膜化により熱が蓄熱せず放熱特性が非常に良好であったこと、また直列のため電流源が単一で構成でき、小型薄膜軽量化が図れたこと、さらには電極同士の直接接触のため、ワイヤ切れや可撓性時の断線破断が低減されたこと、加えて基板上に接続する電極ワイヤが最小限２つのため工程、構造が簡便で光取り出し阻害要因が少なくより光が取り出し易いことなどが相乗的に作用したものと考えている。実施例では金属基板と一体成形した薄膜フィルムを用いたが、高耐熱性薄膜（好ましくは透明）フィルムのみを用いることもできる。この場合には光の出射方向が金属板でさえぎられることがないので、より多くの光をあらゆる任意の方向、すなわち全方向にさえ取り出せるので非常に好ましい。
【００３０】
また、本実施例では半導体発光層すべてを直列接続としたが、一部のみ複数個ごとに直列接続とし電流源を接続してもよい。また電流源も単一でなく複数個で構成してもよいことは言うまでもない。
また、透明電極層や保護膜、金属薄板、薄膜フィルムなどにディンプル加工等を施工し、光の取り出し効率や方向を調整することもできる。さらに本実施例においては、マスクを使用したデポジションのみによりパターン形成を行ったが、ウェットエッチング、ドライエッチング等のエッチング技術を用いてレジストやマスク材（ＳｉＯ２）などを適宜使用して任意のパターン形状を作製してもよい。マスクパターンを用いたスパッタリングのほかにも抵抗加熱、ＣＶＤ法、全面に蒸着した後に不必要な部分をエッチングにより除去しパターンニングする方法、光ＣＶＤにより直接集電電極パターンを形成する方法や集電電極パターンのネガパターンのマスクを形成した後にメッキする方法、導電性ペーストを印刷する方法などがある。導電性ペーストとしては、通常は微粉末状の銀、金、銅、ニッケル、あるいはカーボンなどを、バインダーポリマーに分散させたもので、バインダーポリマーはたとえばポリエステル、エポキシ、アクリル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタン、フェノールなどの樹脂が挙げられる。
【００３１】
さらには半導体発光層には窒化物系だけでなくＧａＡｓ系、ＩｎＰ系などＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をはじめ、Ｓｉ系など任意の半導体発光材料で形成することができるし、第一の発光部分とい第二の発光部分とで材料や層構成を適宜調整することで発光波長を適宜設計変更することで、任意の色度の光（典型的には白色発光照明など）を発光する発光装置や照明とすることができる。
基板５１の素材としては、その他にシリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシート、鉛めっき鋼板、導電層が形成してある薄膜フィルムやセラミック等を用いることができ、電極層や透明電極層は抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などを使用できる。透明電極層はＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｃｄ２ＳｎＯ４等や高濃度不純物ドープした半導体層とすることができ、形成方法は抵抗加熱蒸着法やスパッタ法、スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法などがある。
【００３２】
また、半導体発光層を別途作製しておいたものを、薄膜フィルム上に貼り合わせるような作製方法をとることもできる。
さらには、半導体発光装置の上層あるいは下層、若しくは薄膜フィルム等に蛍光体を含有させ、あるいは蛍光体含有フィルムを張り合わせることにより任意の発光色とすることも可能である。たとえば、薄膜半導体発光装置の表面側と裏面側でそれぞれ異なる蛍光体を含有させたフィルムを貼り付けるか、異なる蛍光体を塗布することにより表面側と裏面側で発光色の異なる薄膜発光フィルム状の発光装置や照明とすることが可能である。この場合においても、半導体発光層は同じままでフィルムの張替え等により発光装置や照明の色を任意に変化させたり、模様を反映させたステンドグラス風にするなど様様なアート的加工への適用が可能となる。
【００３３】
蛍光体の材料として白色系ではＹＡＧ系材料があるが、これはイットリウム・アルミニウム・ガーネット（通称ＹＡＧ）及びその化合物からなる材料を含む蛍光体であり、すなわちＬＥＤチップ等の光電変換直接光をイットリウム・アルミニウム・ガーネット及びその化合物を含む材料系で波長変換し、その結果白色光を出射することのできるものである。典型的には、ＹＡＧ系蛍光体材料を含有する樹脂でモールド封止した青色発光チップＬＥＤとすることもできるが、これに限定されることは無く、例えばＹＡＧ系蛍光体材料をフィルム状に成型あるいは塗布しこれに例えば青色系ＬＥＤの発光の一部又は全部が照射されたり透過や反射するように構成しできる。すなわち、少なくとも波長変換材料としてＹＡＧ系材料（化合物を含む）を含有するもので、白色光を出射／照射でき、光電変換素子としてＬＥＤ等を用いた発光体が可能となる。なお、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系材料及びその化合物を含む蛍光材料や化合物としては、その混成比が異なるものをはじめいくつかの種類があり、その材料組成比や混合量などにより蛍光特性である発光波長スペクトル成分やピーク波長、ピーク波長強度、色合いは若干異なることが知られているが、本発明の実施に際しては任意に選択／調整できるものである。また、ＹＡＧ系蛍光体材料を波長変換材料として使用するＬＥＤ等であれば、必ずしも白色でなくても黄色系、青色系の各ＬＥＤであっても良い。すなわち、ＹＡＧ系白色ＬＥＤは典型的には青色発光ＬＥＤ等と黄色蛍光色の混合により白色に観察される光を生ずるＬＥＤ等であるが、その混合バランスを適宜調整することにより、青色系に近い色合いや黄色系に近い色合いなどを実現できるものであるが、本発明の実施に際しては、黄色系のＹＡＧ系白色ＬＥＤを用いることが、すなわち例えばＹＡＧ系蛍光色である黄色成分の強度を相対的に強めたＹＡＧ系白色ＬＥＤ等を使用することが演色性向上の観点からはより好ましい。しかし、一方で多様な色温度を実現するためには青色系等のすなわち色温度の高いＹＡＧ系白色ＬＥＤ等を用いて光源を構成すること、さらにはより短波長の青色若しくは紫系の色のＬＥＤを用いたＹＡＧ系白色ＬＥＤ等が望ましい。
【００３４】
さらには、赤色を発色する蛍光体としての  赤色を発光する波長変換材料とは、典型的蛍光体として一般式ＬＸＭＹＮ（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ）：Ｒ若しくはＬＸＭＹＯＺＮ（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ−（２／３）Ｚ）：Ｒ（Ｌは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれるＣａ又はＳｒを必須とする少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素である。Ｍは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれるＳｉを必須とする少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素である。Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれるＥｕを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素である。Ｘ、Ｙ、Ｚは、０．５≦Ｘ≦３、１．５≦Ｙ≦８、０＜Ｚ≦３である。）で表される窒化物蛍光体であって、該窒化物蛍光体は、望ましくはＭｎ又は／及びＢが１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含まれていることを特徴とする窒化物蛍光体である。窒化物蛍光体は、上記一般式で現すことができ、該一般式中に望ましくはＭｎ又は／及びＢが含まれている。これにより、発光輝度、量子効率等の発光効率の向上を図ることができる。この効果の原因は明らかではないが、望ましくはマンガン又は／及びホウ素元素が添加されることにより、賦活剤の拡散が生じ、粒子の成長が促進されていると考える。また、マンガン、ホウ素元素が結晶格子内に入り込み、該結晶格子の歪みを無くしたり、発光機構に関与したりして、発光輝度、量子効率などの発光特性の改善を図っているのではないかと考えている。
【００３５】
前記希土類元素は、Ｅｕを必須とする少なくとも１種以上の元素であることが好ましい。Ｅｕを賦活剤に用いることにより、橙色から赤色系に発光する蛍光体を提供することができるからである。Ｅｕの一部を他の希土類元素で置換することにより、異なる色調、残光特性を有する窒化物蛍光体を提供することができる。
【００３６】
前記窒化物蛍光体の結晶構造は、単斜晶又は斜方晶である窒化物蛍光体である。前記窒化物蛍光体は、結晶構造を持っており、該結晶構造は、単斜晶又は斜方晶である。該結晶構造を持つことにより、発光効率の良好な窒化物蛍光体を提供することができる。
【００３７】
なお、本願説明における、色名と色度座標との関係は、特に断りのない場合には全てＪＩＳ規格に基づく（ＪＩＳ  Ｚ８１１０）ものとする。
【００３８】
上記赤色に係る蛍光体は、ＢやＭｎを添加すると、結晶成長の拡散を生じ、粒子の成長が促進されていると推察している。ＢやＭｎの濃度は、少なすぎると効果が小さくなり多すぎると濃度消光が生じるので好ましくない。この拡散により、従来より粒子が大きくなり発光輝度が少なくとも１０％程度以上向上する。（ただ、粒子が大きくなるというのは、焼成条件によって、少し変わるため、一概には言えない。）ただし、ＢやＭｎは、焼成により、反応系外に飛散するため、焼成後の組成式中に何ｐｐｍ含まれているかを、正確に特定することは現時点では非常に難しい。
【００３９】
この窒化物蛍光体は、一般式、ＬＸＭＹＮ（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ）：Ｒ若しくはＬＸＭＹＯＺＮ（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ−（２／３）Ｚ）：Ｒに対して、Ｍｎ又は／及びＢが１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含まれている。原料に添加するホウ素は、ボロン、ホウ化物、窒化ホウ素、酸化ホウ素、ホウ酸塩等が使用できる。
【００４０】
Ｌは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれるＣａ又はＳｒを必須とする少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素である。そのため、Ｃａ又はＳｒを単独で使用することもできるが、ＣａとＳｒ、ＣａとＭｇ、ＣａとＢａ、ＣａとＳｒとＢａなどの組合せも可能である。このＣａ又はＳｒのいずれか一方の元素を有しており、ＣａとＳｒの一部を、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｚｎで置換してもよい。２種以上の混合物を使用する場合、所望により配合比を変えることができる。ここで、Ｓｒのみ、若しくは、Ｃａのみのときより、ＳｒとＣａとを混合した方が、より長波長側にピーク波長がシフトする。ＳｒとＣａのモル比が、７：３若しくは３：７のとき、Ｃａ、Ｓｒのみを用いた場合と比べて、長波長側にピーク波長がシフトしている。さらに、ＳｒとＣａのモル比が、ほぼ５：５のとき、最も長波長側にピーク波長がシフトする。
【００４１】
Ｍは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれるＳｉを必須とする少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素である。そのため、Ｓｉを単独で使用することもできるが、ＣとＳｉ、ＧｅとＳｉ、ＴｉとＳｉ、ＺｒとＳｉ、ＧｅとＴｉとＳｉなどの組合せも可能である。Ｓｉの一部を、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆで置換してもよい。Ｓｉを必須とする混合物を使用する場合、所望により配合比を変えることができる。例えば、Ｓｉを９５重量％用いて、Ｇｅを５重量％用いることができる。
【００４２】
Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれるＥｕを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素である。Ｅｕを単独で使用することもできるが、ＣｅとＥｕ、ＰｒとＥｕ、ＬａとＥｕなどの組合せも可能である。特に、賦活剤として、Ｅｕを用いることにより、黄色から赤色領域にピーク波長を有する発光特性に優れた窒化物蛍光体を提供することができる。Ｅｕの一部を他の元素で置換することにより、他の元素は、共賦活として作用する。共賦活とすることにより色調を変化することができ、発光特性の調整を行うことができる。Ｅｕを必須とする混合物を使用する場合、所望により配合比を変えることができる。以下の実施例は、発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。該記載に関わる蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を賦活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。
【００４３】
ホウ素を添加した場合の効果は、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光特性の向上を図ることができる。また、粒径を大きくし、発光特性の向上を図ることができる。また、マンガンを添加した場合も、同様である。
赤色ＬＥＤとして、上記蛍光体による波長変換材料をもちいた場合には、波長のスペクトル特性やランプ効率がさらに改善されることになり、本件発明の演色性改善効果としてはより好ましい。
【００４４】
【発明の効果】
フレキシブルに基板を変形したり、任意の大きさに切り取りしても、可撓断線などの発生を低減でき、大面積で放熱性に優れ発生した光を最大限出射方向に取り出すことのできるＬＥＤ照明を実現することができる。さらには、隣接する発光素子同士を直接直列に接続できるので簡便に同一電流駆動を実現できるとともに、基板面積方面に発光素子が薄膜形成されているので、特に放熱性と光放射特性に優れたＬＥＤ照明とすることができる。さらには、電極同士が直接接触にて接続されているので、ワイヤボンディング等による接続に比してボンディングパッド部の剥がれや、ワイヤの切断などによる断線が低減されるとともに、電気経路の単純化により低抵抗化が実現できるので、発光装置の効率が上昇する。また、製造工程の単純化によるコストダウンや収率の向上が期待できる。同時に電極同士の接触面積を大きく取れるので、抵抗の低減につながり、パルスの幅のみにより電流量を調節すなわち輝度を調節するので、輝度の変更時においてもパルス高さ電流量の変化時のような色調の変化が生じず、時間的にも発光面内においても安定した色度の照明などで輝度調節が可能な照明を実現できる。さらには、薄膜のためにシースルーとなるもので、特に金属薄板を用いず薄膜フィルム上に半導体発光層を設けていない電極層のみの部分は透明性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフレキシブル基板ＬＥＤ表示装置の展開正面図
【図２】図１のａ−ａ断面拡大図
【図３】（ａ）パルス駆動電流のパルス幅制御の模式図
（ｂ）パルス駆動電流のパルス高さ制御の模式図
【図４】発光ダイオードの電流量による色度変化を示す一例
【図５】本発明の一実施形態を示す模式的構造図
【符号の説明】
１・・・ＬＥＤ素子、２・・・ＬＥＤ基板、３・・・ＬＥＤ素子列、４・・・ＬＥＤ表示領域、５・・・可撓性プリント基板、６・・・ＬＥＤ表示面、７・・・透明薄膜層、８・・・可撓性基材、９・・・抵抗層、１０・・・ＬＥＤ表示装置、１１・・・導体パターン、１２・・・給電部位、１３・・・ボンディングワイヤ、５１・・・フレキシブル基板、５２・・・電極層、５３・・・半導体発光層、５４・・・透明電極層、５５・・・制御装置を含む定電流源、５６・・・第一の発光部分、５７・・・第二の発光部分
【図１】
2004335853.tif 000003
【図２】
2004335853.tif 000004
【図３】
2004335853.tif 000005
【図４】
2004335853.tif 000006
【図５】
2004335853.tif 000007