(57)【要約】      （修正有）【課題】チップの状態で特性を測定することができ、色のばらつきが少なく、かつ製造工程も複雑にならないようにする。【解決手段】１つの発光面１１０を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極１７０Ａ、１７０Ｂを有し且つ裏面に反射膜を設けたチップ１００と、発光面１１０に形成される薄膜１６０とを備えており、薄膜１６０は、チップ１００の発光面１１０からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、前記発光面に形成される薄膜とを具備しており、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでいることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
独立して発光することができる複数の発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、個々の発光面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備しており、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる波長の可視光を発するものであることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項３】
独立して発光することができる複数の発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、３つの発光面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備しており、前記別個の薄膜は、チップの発光面からの光による励起によって光の三原色のうちいずれか１つの可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる波長の可視光を発するものであることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項４】
請求項３記載の発光ダイオードにおいて、前記チップが紫外線又は紫色の光を発するＧａＡｌＩｎＮ系材料から構成されていることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４記載の発光ダイオードにおいて、前記薄膜は、無機材料が主成分であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項６】
請求項１、２、３又は４記載の発光ダイオードにおいて、前記薄膜は、樹脂が主成分であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６記載の発光ダイオードにおいて、前記薄膜の屈折率は、チップを構成する半導体の屈折率より小さく、チップをモールドするモールド樹脂の屈折率より大きいことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の複数個の発光ダイオードを同一基板上に形成したことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、一対のリード部と、このリード部の一方に形成された略碗状の凹部であるカップ部にダイボンディングされる発光体としてのチップと、チップをモールドするモールド樹脂からなるモールド部とを有している。
【０００３】
モールド部を構成するモールド樹脂に蛍光材料を含有させ、チップからの光により蛍光材料を励起させ、蛍光材料から発せられる光とチップから発せられる光とを混ぜるようにしたものがある。例えば、白色発光の発光ダイオードとする場合には、チップに青色光を発するものを使用し、モールド樹脂にその青色光に励起されて黄色を発する蛍光材料を含有させておくといった具合である。
【０００４】
また、特許文献１に開示されるように、カップ部を覆うモールド樹脂にのみ蛍光材料を含有させ、そのモールド樹脂をもモールドするモールド樹脂には蛍光材料を含有させないものもある。
【０００５】
複数色の光を発することが可能な発光ダイオードとしては、異なる色の光を発する複数のチップをもったものや、特許文献２に開示されているように、活性層を少なくとも２層以上形成することによって実現している。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−９９３４５号公報
【特許文献２】特公平７−１８３５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の発光ダイオードには以下のような問題点がある。まず、前者のものは、モールド樹脂を被せた状態、すなわち発光ダイオードが完成した状態でないと、発する光の輝度、発光波長等の最も重要な特性が正確には分からなかった。すなわち、モールド樹脂中において蛍光材料が偏在すること等の種々の原因により、前記特性は変化するのである。例えば、白色発光する発光ダイオードであると、青色がかった白色から黄色がかった白色までばらつきがあり、歩留りがよくなった。また、後者のものでは、カップ部を覆うモールド樹脂量の微妙な差により特に顕著な特性のばらつきがあった。
【０００８】
また、複数色を発することができる発光ダイオードでは、活性層を２層以上形成するのであるから、電極を形成するために深い溝を形成したり、活性層を２段以上の階段状に形成する必要がある。これは、製造工程を非常に複雑にする要因である。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、チップの状態で特性を測定することができ、色のばらつきが少なく、かつ製造工程も複雑にならない発光ダイオード及びそれを用いた表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光ダイオードは、１つの発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、前記発光面に形成される薄膜とを具備しており、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでいる。
【００１１】
本発明の他の発光ダイオードは、独立して発光することができる複数の発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、個々の発光面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備しており、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる波長の可視光を発するものとなっている。
【００１２】
本発明の他の発光ダイオードは、独立して発光することができる複数の発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、３つの発光面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備しており、前記別個の薄膜は、チップの発光面からの光による励起によって光の三原色のうちいずれか１つの可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる波長の可視光を発するものとなっている。この場合、チップについては、紫外線又は紫色の光を発するＧａＡｌＩｎＮ系材料から構成されているものを用いると良い。
【００１３】
これらの発光ダイオードにおいて、薄膜については、無機材料や樹脂を主成分としたもの用いると良い。薄膜の屈折率については、チップを構成する半導体の屈折率より小さく、チップをモールドするモールド樹脂の屈折率より大きく設定することが望ましい。
【００１４】
本発明に係る表示装置は、上記した発光ダイオードを複数個同一基板上に形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る発光ダイオードは、１つの発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、前記発光面に形成される薄膜とを具備しており、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでいる。
【００１６】
このように構成された発光ダイオードでは、従来のようにモールド樹脂にモールドしてからその諸特性を測定する必要がなく、チップ、すなわちウエハの状態で諸特性を測定することができる。また、モールド樹脂のように厚くない薄膜に蛍光材料を含ませておくので、蛍光材料の偏在に起因する色のばらつきが発生しにくいという効果もある。さらに、発光ダイオードの製造工程中、単に薄膜を発光面に形成する工程を追加するだけでよいので、特に製造工程を複雑にすることなく、上述の効果を有する発光ダイオードを製造することができる。しかもチップの裏面に反射膜が設けられているので、発光効率も向上することになる。
【００１７】
また、本発明に係る発光ダイオードは、独立して発光することができる複数の発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、個々の発光面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを具備しており、前記薄膜は、チップの発光面からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる波長の可視光を発するものが用いられている。
【００１８】
このように発光ダイオードを構成することにより、独立して発光することができる発光面を任意に発光させることにより、複数色の発光を得ることが可能になる。
【００１９】
また、独立して発光することができる複数の発光面を有する窒化ガリウム系半導体であって上面のみに電極を有し且つ裏面に反射膜を設けたチップと、３つの発光面の一部又は全部に形成される別個の薄膜とを備え、前記別個の薄膜は、チップの発光面からの光による励起によって光の三原色のうちいずれか１つの可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる波長の可視光を発するものであれば、フルカラーの発光ダイオードとすることができる。
【００２０】
この場合、前記半導体を紫外線又は紫色の光を発するＧａＡｌＩｎＮ系材料から構成することも可能である。
【００２１】
また、前記薄膜を無機材料の微粒子を主成分とすると、特に耐候性に優れたものとすることができる。一方、前記薄膜を樹脂を主成分とすると、簡単に薄膜を形成することができる。
【００２２】
さらに、前記薄膜の屈折率をチップを構成する半導体の屈折率より小さく、チップをモールドするモールド樹脂の屈折率より大きく設定すると、発光面から発せられる光を効率よく外部に導き出すことができる。
【００２３】
一方、前記発光ダイオードを複数個同一基板上に形成することにより、より簡単に発光ダイオードの発光を利用した表示装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の第１の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図、図２は本発明の他の第１の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図、図３は本発明の第２の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図、図４は本発明の他の第２の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図、図５は本発明の第３の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ) のＡ部の概略的拡大平面図、図６は本発明の実施の形態に係る発光ダイオードを用いた表示装置の図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。
【００２５】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオードは、１種類の色の光を発することができるものであり、１つの発光面１６０を有する半導体からなるチップ１００と、前記発光面１１０に形成される薄膜１６０とを備えており、前記薄膜１６０は、チップ１００の発光面１１０からの光による励起で可視光を発する蛍光材料を含んでいる。
【００２６】
この発光ダイオードは、Ａｌ2 Ｏ3 の基板１３０の上にＮ型のＧａＮ層１２０を積層し、当該ＧａＮ層１２０の上に活性層としてのＧａＩｎＮ層１４０を積層している。さらに、ＧａＩｎＮ層１４０の上にＰ型のＧａＮ層１５０を積層している。そして、薄膜１６０がＰ型のＧａＮ層１５０の上に積層されているのである。
【００２７】
まず、チップ１００は、平面視略正方形状に形成されており、その対角には略１／４円弧状の電極パッド１７０Ａ、１７０Ｂが形成されている。すなわち、一方の電極パッド１７０ＡはＰ型電極用のパッドであり、他方の電極パッド１７０ＢはＮ型電極用のパッドである。このチップ１００は、例えばＧａＮ系の紫外線又は青色の光を発する半導体から構成されている。
【００２８】
この一対の電極パッド１７０Ａ、１７０Ｂが形成された部分以外が、発光面１１０となる。この発光面１１０の表面には、チップ１００から発する光を受けて励起されて光を発する蛍光材料を含んだ薄膜１６０がスピンオンコート法、ディップ法、スクリーン印刷等の公知の方法のうち適宜な方法により形成されている。この蛍光材料を含んだ薄膜１６０は、例えばＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の無機材料を主成分としている。なお、この薄膜１６０は、図１（Ａ）において右下りの斜線で示している。
【００２９】
なお、この薄膜１６０は、無機材料や樹脂が主成分であり、その屈折率はチップ１００を構成する半導体の屈折率より小さく、チップ１００をモールドする図示しないモールド樹脂の屈折率より大きく設定されている。
【００３０】
ここで、屈折率を上述のように設定することにより、発光面１１０から発せられる光が効率よく外部に放出される。
【００３１】
ここで、蛍光材料としては適宜なものが選択されるが、青色を発する蛍光材料としては（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4 ）6 Ｃｌ2 や、ＢａＭｇ2 Ａｌ16Ｏ27等がある。また、赤色を発する蛍光材料としては、Ｙ2 Ｏ3 や、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ4 等がある。さらに、緑色の光を発する蛍光材料としては、ＬａＰＯ4 や、ＭｇＡｌ11Ｏ19や、ＧｄＭｇＢ5 Ｏ10等がある。
【００３２】
この発光ダイオードは、通常の半導体素子の製造プロセスに従って１枚のウエハに複数個同時に形成される。その後、１つの発光ダイオードにダイシングされ、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程及びモールド工程を経て完成する。
【００３３】
ダイシング工程の以前にこの状態において、かかる発光ダイオードの電極パッド１７０Ａ、１７０Ｂから電流を供給すると、発光面１１０からは光が発せられる。この光は、薄膜１６０に含まれる蛍光材料に照射される。そして、蛍光材料は励起され光を発する。すなわち、従来のようにモールド樹脂でモールドされて初めて、つまり完成して初めてその輝度等の特性を測定することができるのではなく、ウエハの状態で各発光ダイオードの特性を測定することが可能となるのである。
【００３４】
この実施の形態に係る発光ダイオードでは、発光面１１０の全面に薄膜１６０を形成したが、図２に示すように、発光面１１０の一部、例えば半分にのみ薄膜１６０を形成するようにしてもよい。このように薄膜１６０を発光面１１０の一部にのみ形成すると、薄膜１６０を介さないで直接外部に射出された光と、薄膜１６０を経て異なった色の光として外部に射出された光とが混じり合い、前記実施の形態に係る発光ダイオードとは異なる色の光を発する発光ダイオードとすることが可能となる。
【００３５】
上述した第１の実施の形態に係る発光ダイオードでは、１種類の色の光を発することができるものであったが、次に説明する第２の実施の形態に係る発光ダイオードでは、複数種類の色の光を発することができる。
【００３６】
本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオードは、図３に示すように、独立して発光することができる３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃを有する半導体からなるチップ２００と、３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの全部に形成される別個の薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃとを備えており、前記別個の薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃは、チップ２００の発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃからの光による励起によって光の三原色のうちいずれか１つの可視光を発する蛍光材料を含んでおり、前記蛍光材料は、異なる可視光を発するものが選択されている。
【００３７】
この発光ダイオードのチップ２００は、図３（Ｂ）に示すように、Ａｌ2 Ｏ3 の基板２３０の上に、Ｎ型のＧａＮ層２２０を積層し、その上にＧａＩｎＮ或いはＧａＮからなる活性層２４０と、Ｐ型のＧａＮ層２５０とを積層したものであり、Ｎ型のＧａＮ層が露出された部分と、Ｎ型のＧａＮ層２２０まで掘られた２本の溝部２８０Ａ、２８０Ｂとが形成されている。
【００３８】
すなわち、２本の溝部２８０Ａ、２８０Ｂにより、３つの別個独立した発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃが形成されているのである。そして、この３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０ＣにはＰ型の電極パッド２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃが、Ｎ型のＧａＮ層２２０が露出された部分にはＮ型の共通電極パッド２７０が形成されている。
【００３９】
前記３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃには、それぞれ異なる光を発する蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃが形成されている。すなわち、図３において右側の発光面２１０Ａには発光面２１０Ａからの光を受けて励起し赤色の光を発する蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ａが形成され、中央の発光面２１０Ｂには発光面２１０Ｂからの光を受けて励起し緑色の光を発する蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ｂが形成され、左側の発光面２１０Ｃには発光面２１０Ｃからの光を受けて励起し青色の光を発する蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ｃが形成されている。
【００４０】
このチップ２００の各発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃから発せられる光は紫外線か紫色のものである。この光を受けた各薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃは、その中に含まれる蛍光材料を励起させて光の三原色の光を発する。従って、この発光ダイオードによるとフルカラーの光を発することが可能となる。
【００４１】
また、この発光ダイオードに用いられる薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃは、無機材料の微粒子や樹脂が主成分であり、その屈折率はチップ１００を構成する半導体の屈折率より小さく、チップ１００をモールドする図示しないモールド樹脂の屈折率より大きく設定されている。
【００４２】
上述した第２の実施の形態に係る発光ダイオードにおいては、３つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの上にそれぞれ別個の蛍光材料を含んだ薄膜２６０Ａ、２６０Ｂ、２６０Ｃを形成したが、図４に示すように、２つの発光面２１０Ａ、２１０Ｂに薄膜２６０Ａ、２６０Ｂを形成し、残余の１つの発光面２１０Ｃに薄膜２６０Ｃに相当するものを形成しないとすることも可能である。
【００４３】
例えば、チップ２００の活性層２４０をＧａＩｎＮで形成して青色の光を発するようにしておけば、緑色の光を発する蛍光材料を含む薄膜２６０Ａを発行面２１０Ａに、赤色の光を発する蛍光材料を含む薄膜２６０Ｂを発光面２１０Ｂにそれぞれ形成すれば、フルカラーの光を発することが可能となる。
【００４４】
一方、図６に示すように、このチップ４００では、１つの発光面４１０の上に２種類の薄膜４２０を形成することも可能である。図６では、２種類の薄膜４２０を１つの発光面４１０の上に交互に形成したものであり、隅部には一対の電極パッド４７０Ａ、４７０Ｂが形成されている。このように構成されたものは、小型の照明装置として使用することも可能である。
【００４５】
この場合に、基板４２０の裏面側に例えばアルミニウム等からなる反射膜４２１を形成しておけば、光は表面側に出力されるので効率の向上を果たすことができる。これは、上述した第１及び第２の実施の形態に係る発光ダイオードでも同様である。
【００４６】
また、上述した第１及び第２の実施の形態は１つの発光ダイオードに関するものであったが、図５に示すように、複数個の発光ダイオードを同一基板上に形成することによって表示装置とすることも可能である。
【００４７】
この表示装置では、全体を正方形状にするため、上述した第２の実施の形態に係る発光ダイオードとは違って、平面視正方形状に形成されている。すなわち、２つの溝３８０Ａ、３８０Ｂが十文字にクロスすることによって、１つのチップ３００を４分割し、そのうちの３つに異なった波長の可視光を発する蛍光材料を含んだ薄膜３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃと各電極パッド３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを形成し、残余の１つに共通電極パッド３５０を形成するのである。そして、このように構成されたチップ３００を縦横に複数個配列することによって表示装置とするのである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。
【図２】本発明の他の第１の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。
【図３】本発明の第２の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。
【図４】本発明の他の第２の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る発光ダイオードの図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ) のＡ部の概略的拡大平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る発光ダイオードを用いた表示装置の図面であって、同図（Ａ）は概略的平面図、同図（Ｂ）は概略的断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  チップ
１１０  発光面
１６０  薄膜
１７０Ａ  １７０Ｂ  電極
【図１】
2007251193.tif 000003
【図２】
2007251193.tif 000004
【図３】
2007251193.tif 000005
【図４】
2007251193.tif 000006
【図５】
2007251193.tif 000007
【図６】
2007251193.tif 000008