專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于LED顯示器、后照光光源、信號(hào)機(jī)、照光式開關(guān)與各種指示器的發(fā)光二極管，特別涉及發(fā)光裝置及使用所述發(fā)光裝置的顯示裝置，所述發(fā)光裝置包括光致發(fā)光熒光體，其中發(fā)光元件變換所產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)，并使其發(fā)光。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管因小型，可發(fā)出效率良好的色彩鮮艷的光，以及系半導(dǎo)體元件，故具有無燈泡燒壞之虞，初始驅(qū)動(dòng)特性和耐震性優(yōu)越，以及進(jìn)一步反復(fù)開/關(guān)點(diǎn)亮方面極強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，可廣泛用來作為各種指示器與種種光源。最近有人開始分別開發(fā)超高亮度、高效率RGB(紅、綠、藍(lán))發(fā)光二極管，并使用設(shè)有此種發(fā)光二極管的大畫面LED顯示器。這種LED顯示器具有以極少電力即可動(dòng)作，質(zhì)量輕以及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可預(yù)期今后將廣泛使用。
此外，最近有人使用發(fā)光二極管來進(jìn)行種種構(gòu)成白色發(fā)光光源的嘗試。為了使用發(fā)光二極管得到白色光，由于發(fā)光二極管具有單色性峰值波長(zhǎng)，故例如有將R、G、B三發(fā)光元件鄰近配置，使其發(fā)光而擴(kuò)散混色的必要。想要藉此構(gòu)成產(chǎn)生白色光情形下，會(huì)有由于發(fā)光元件的色調(diào)與亮度等的分散而無法產(chǎn)生所需白色的問題。此外，在發(fā)光元件分別以不同材料形成情形下，各發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電力等有針對(duì)各個(gè)不同元件施加預(yù)定電壓的必要。而且，由于發(fā)光元件為半導(dǎo)體發(fā)光元件，故會(huì)有各個(gè)元件的溫度特性隨時(shí)間變化不同，色調(diào)隨環(huán)境而變化，以及無法將由各發(fā)光元件所產(chǎn)生的光均勻混合而產(chǎn)生色斑的諸多問題。即，雖然發(fā)光二極管作為各個(gè)色發(fā)光的發(fā)光裝置有效，但無法成為使用發(fā)光元件產(chǎn)生白色光的滿意光源。
因此，本申請(qǐng)人于特開平5-152609號(hào)公報(bào)、特開平7-99345號(hào)公報(bào)、特開平7-176794號(hào)公報(bào)、特開平8-8614號(hào)公報(bào)等文獻(xiàn)中公開了一種發(fā)光二極管，將原先發(fā)光元件產(chǎn)生的光以熒光體作色變換進(jìn)行輸出。所揭示的發(fā)光二極管系用一種發(fā)光元件可發(fā)出白色等其他發(fā)光顏色，其結(jié)構(gòu)如下。
上述公報(bào)所揭示的發(fā)光二極管，具體而言，系將發(fā)光層的能帶間隙大的發(fā)光元件配置在設(shè)于引線框前端的帽部(cap)上，含有熒光體，在覆蓋發(fā)光元件的樹脂模構(gòu)件中吸收來自發(fā)光元件的光。發(fā)出與所吸收光波長(zhǎng)不同的光(波長(zhǎng)變換)。
在上述所揭示的發(fā)光二極管中，使用可發(fā)出藍(lán)色柔光的發(fā)光元件來作為發(fā)光元件，由于藉含有熒光體的樹脂來模制，且此熒光體吸收所述發(fā)光元件所發(fā)的光而發(fā)出黃色光系，故可制得一種能由混色發(fā)出白色光系的發(fā)光二極管。
但是，已往的發(fā)光二極管有隨著熒光體劣化而色調(diào)偏差，或熒光體發(fā)黑光的外部取出效率低下的情形等問題。此處所謂發(fā)黑是指，例如，使用(Cd，Zn)S熒光體等的無機(jī)系列熒光體情形下，構(gòu)成此熒光體的金屬元素一部分，一面析出一面變質(zhì)而著色，再者，在使用有機(jī)系列熒光體材料情形下，由于2重結(jié)合切斷等而著色。特別是指使用具有高能帶間隙的半導(dǎo)體為發(fā)光元件以提高熒光體變換效率的情形(也即，基于半導(dǎo)體來提高所發(fā)光的能量，增加熒光體所可吸收閾值以上的光，而吸收較多的光)下，或熒光體使用量減少的情形(即，相對(duì)地，熒光體所照射的能量增多)下，由于熒光體所吸收的光的能量必然會(huì)升高，故熒光體顯然會(huì)劣化。而且，發(fā)光元件的發(fā)光強(qiáng)度使用更長(zhǎng)時(shí)間的話，熒光體會(huì)進(jìn)一步加速劣化。
設(shè)置在發(fā)光元件近傍的熒光體，因發(fā)光元件的溫度上升與外部環(huán)境(例如由于在屋外使用場(chǎng)合的太陽光等)也暴露于高溫下，由于這種熱而發(fā)生劣化的情形。
此外，根據(jù)所述熒光體還有由于從外部滲入的水分和制造時(shí)內(nèi)部所含水分和上述的光以及熱而促進(jìn)劣化的情形。
另外，在使用離子性的有機(jī)染料的情況下，在芯片附近的直流電場(chǎng)引起的電氣移動(dòng)而使色調(diào)變化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明目的在于提供一種發(fā)光裝置以解決上述課題，使在較高亮度、長(zhǎng)時(shí)間使用環(huán)境下，發(fā)光光度與發(fā)光光率的降低和色偏差極小。
本發(fā)明的第1方面提供了一種發(fā)光裝置，包括一對(duì)引線、與所述引線電連接的發(fā)光元件和與所述發(fā)光元件相接或者設(shè)置在所述發(fā)光元件附近的熒光體，所述的熒光體吸收所述的發(fā)光元件發(fā)出的一部分光而發(fā)出與所吸收的光的波長(zhǎng)不同的光；其特征在于，所述熒光體為含有以鈰活化的石榴石系列的熒光體；并且所述的發(fā)光裝置的發(fā)光顏色位于由對(duì)應(yīng)于所述的發(fā)光元件所產(chǎn)生的光譜的峰值的色度點(diǎn)和由對(duì)應(yīng)于所述的熒光體所產(chǎn)生的光譜的峰值的色度點(diǎn)所連接的直線上、該直線沿著在色度圖中的黑體輻射軌跡。
本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的發(fā)光元件為藍(lán)色發(fā)光二極管。
3.本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，通過調(diào)整對(duì)應(yīng)于所述的發(fā)光元件所產(chǎn)生的光譜的峰值的上述色度點(diǎn)、對(duì)應(yīng)于所述的熒光體所產(chǎn)生的光譜的峰值的上述色度點(diǎn)及所述的熒光體組成的所含成分，使得所述的直線沿著色度圖中的黑體輻射軌跡。
4.本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于、所述的直線含與色溫為8080k或4400k相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。
5.本發(fā)明還提供了本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的發(fā)光元件的主發(fā)射峰值被設(shè)定在400nm到530nm的范圍內(nèi)。
6.本發(fā)明還提供了本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的發(fā)光元件的主發(fā)射峰值被設(shè)定在420nm到490nm的范圍內(nèi)。
7.本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的發(fā)光元件的主發(fā)射峰值被設(shè)定在450nm到475nm的范圍內(nèi)。
8.本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的發(fā)光元件的構(gòu)造為MIS結(jié)、PIN結(jié)或PN結(jié)的同質(zhì)構(gòu)造、異質(zhì)構(gòu)造與雙異質(zhì)構(gòu)造中的一種。
9.本發(fā)明還提供了本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的發(fā)光元件包含含有一單一量子阱結(jié)構(gòu)或多重量子阱結(jié)構(gòu)的活性層。
10.本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的熒光體是按化學(xué)計(jì)量比將稀土元素溶解于酸的溶解液，以草酸來與所述的溶解液共同沉淀獲得沉淀物，煅燒沉淀物而獲得稀土元素氧化物，煅燒所述稀土元素氧化物、氟化銨和氧化鋁的混合物的步驟而獲得的熒光體。
11.本發(fā)明還提供了如本發(fā)明的第1方面所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述的熒光體的發(fā)射峰值被設(shè)定在530nm到570nm的范圍內(nèi)。
本發(fā)明為達(dá)到此目的，在包括發(fā)光元件與熒光體的發(fā)生裝置中，(1)作為發(fā)光元件可作高亮度發(fā)光，而且對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間使用其發(fā)光特性穩(wěn)定；(2)作為熒光體，接近上述高亮度發(fā)光元件而設(shè)置，即使在長(zhǎng)時(shí)間使用在來自所述發(fā)光元件的強(qiáng)光情形下，特性變化極小，而在對(duì)耐光性與耐熱性方面甚為優(yōu)異(特別是鄰近發(fā)光元件而配置的熒光體，根據(jù)我們的研究，因具有比太陽光強(qiáng)達(dá)30倍-40倍的光，故作為發(fā)光元件，若使用高亮度，在使用方面，熒光體所要求的耐候性非常嚴(yán)格)；(3)作為發(fā)光元件與熒光體的關(guān)系，熒光體可發(fā)出一種光，其發(fā)光波長(zhǎng)有效吸收且有效異于帶有來自發(fā)光元件的光譜寬度的單色性峰波長(zhǎng)的光。
即，本發(fā)明的發(fā)光裝置是包括發(fā)光層為半導(dǎo)體的發(fā)光元件和吸收所述發(fā)光元件所發(fā)出的光的一部分并發(fā)出所具有的波長(zhǎng)與所吸收的光波長(zhǎng)不同的光的光致發(fā)光熒光體的發(fā)光裝置。
上述發(fā)光元件的發(fā)光層由氮化物系列化合物半導(dǎo)體制成，并且上述光致發(fā)光熒光體含有自Y、Lu、Sc、La、Gd與Sm所組成的元素組中所選出的至少一種元素，以及自Al、Ga與In所組成的元素組中所選出的至少一種元素，而且，含有以鈰活化的石榴石系列熒光體為其特征。
這里，氮化物系列化合物半導(dǎo)體(一般式為IniGajAlkN，其中0≤i，0≤j，0≤k，i+j+k＝1)始于摻雜有InGaN和各種不純物的GaN而含有種種物質(zhì)。
此外，上述光致發(fā)光熒光體始于Y3Al5O12:Ce、Gd3In5O12:Ce而含有如上所定義的種種物質(zhì)。
本發(fā)明的發(fā)光裝置由于使用由可用高亮度發(fā)光的氮化物系列化合物半導(dǎo)體制成這種發(fā)光元件，故可作高亮度的發(fā)光。且在所述發(fā)光裝置中，所使用的上述光致發(fā)光熒光體即使長(zhǎng)時(shí)間暴露于強(qiáng)光下，熒光特性的變化也極小，而且在耐光性上極為優(yōu)異。因此，能提供一種發(fā)光裝置，可針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間使用，減少其特性劣化，可減少不僅因來自發(fā)光元件的強(qiáng)光，也因野外環(huán)境等外來光(含有紫外線的太陽光等)所造成的劣化，使色斑與光亮度降低的情形變得極少。此外，本發(fā)明的發(fā)光裝置，由于所使用的上述光致發(fā)光熒光體為短殘光，故也可用在需要120n秒這樣的較快反應(yīng)速度的用途方面。
在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，上述光致發(fā)光熒光體最好是含有具有Y與Al的釔鋁石榴石系列熒光體，由此，可提高發(fā)光裝置的亮度。
在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，作為上述光致發(fā)光熒光體，可使用一般式以(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce來表示的熒光體(其中，0≤r＜1，0≤s≤1，而Re是從Y、Gd中所選出的至少的一種)，以獲得與使用釔鋁石榴石系列熒光體的場(chǎng)合同樣優(yōu)異的特性。
此外，本發(fā)明的發(fā)光裝置為了縮小發(fā)光特性(發(fā)光波長(zhǎng)與發(fā)光強(qiáng)度等)的溫度依賴性，作為上述光致發(fā)光熒光體，最好使用一般式以(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12來表示的熒光體，(其中，0≤p≤0.8、0.0003≤q≤0.2、0.0003≤r≤0.08、0≤s≤1)。
此外，在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，上述光致發(fā)光熒光體也最好具有分別含Y與Al而組成互異的二個(gè)以上以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體。由此，即可對(duì)應(yīng)于發(fā)光元件的特性(發(fā)光波長(zhǎng))，調(diào)整光致發(fā)光熒光體的發(fā)光光譜，發(fā)出所要的發(fā)光顏色。
此外，在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，為了將發(fā)光裝置的發(fā)光波長(zhǎng)設(shè)定于設(shè)定值，上述光致發(fā)光熒光體最好含有分別用(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce(其中，0≤r＜1，0≤s≤1，而Re是從Y、Gd中所選出的至少一種)的一般式來表示，以包含相互組成不同的二個(gè)以上熒光體為佳。
此外，在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，為了調(diào)整發(fā)光波長(zhǎng)，上述光致發(fā)光熒光體也最好含有一般式以Y3(AlI-sGas)5O12:Ce來表示的第1熒光體，以及一般式以Re3Al5O12:Ce來表示的第2熒光體。
其中，0≤s≤1，而Re是從Y、Gd、La中所選出的至少一種。
此外，在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，為了調(diào)整發(fā)光波長(zhǎng)，上述光致發(fā)光熒光體也最好包含分別在釔鋁石榴石系列熒光體中的使釔的一部分與釓置換且相互置換量不同的第1熒光體與第2熒光體。
甚而，在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，最好上述發(fā)光元件的發(fā)光光譜的主峰值設(shè)定在400nm至530nm范圍內(nèi)，且上述光致發(fā)光熒光體的主發(fā)光波長(zhǎng)設(shè)定成比上述發(fā)光元件的主峰值長(zhǎng)。由此，即可有效發(fā)出白色系列的光。
而且，最好在上述發(fā)光元件中，所述發(fā)光元件的發(fā)光層含有含In的氮化鎵系列半導(dǎo)體，而上述光致發(fā)光熒光體是一種釔鋁石榴石系列熒光體材料，在釔鋁石榴石系列熒光體中，Al的一部分以Ga在Ga∶Al＝1∶1至4∶6的比率范圍內(nèi)置換，并且可以在釔鋁石榴石系列熒光體中Y的一部分以Gd在Y∶Gd＝4∶1至2∶3的比率范圍內(nèi)置換。如此調(diào)整的光致發(fā)光熒光體的吸收光譜可使具有作為發(fā)光層的含In的氮化鎵系半導(dǎo)體的發(fā)光元件所發(fā)出的光波長(zhǎng)非常一致，而增進(jìn)變換效率(發(fā)光效率)。此外，所述發(fā)光元件的藍(lán)色光與所述熒光熒光的混色光可成為光效性品質(zhì)極佳的白色，從而提供在這方面極優(yōu)異的發(fā)光裝置。
本發(fā)明的一實(shí)施例的發(fā)光裝置，將上述發(fā)光元件經(jīng)由上述光致發(fā)光熒光體設(shè)置在其一側(cè)面，并且除其一主表面外的表面具備有實(shí)質(zhì)上以反射構(gòu)件來覆蓋的大致呈矩形的導(dǎo)光板，上述發(fā)光元件經(jīng)由上述光致發(fā)光熒光體與導(dǎo)光板使所發(fā)出的光成為面狀，而且從上述導(dǎo)光板的上述的一主表面輸出。
本發(fā)明其他實(shí)施例的發(fā)光裝置特征在于，上述發(fā)光元件設(shè)于其一側(cè)面，上述光致發(fā)光熒光體設(shè)于其一主表面上，包括有用一個(gè)以一個(gè)反射構(gòu)件實(shí)質(zhì)上覆蓋除所述一主表面外的表面而大體上呈矩形的導(dǎo)光板，上述發(fā)光元件經(jīng)由導(dǎo)光板與上述光致發(fā)光熒光體使所發(fā)出的光成為面狀，而且由上述導(dǎo)光板的上述一主表面發(fā)出。
此外，本發(fā)明的LED顯示裝置包括有矩陣狀配置本發(fā)明發(fā)光裝置的LED顯示器，以及依輸入所述LED顯示器的顯示數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路，由此提供可作為精細(xì)顯示且視覺上色斑極少的較廉價(jià)LED顯示裝置。
本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)光裝置是一種發(fā)光二極管，包括具有帽部與引線部安裝引線；配置在所述安裝引線的帽部?jī)?nèi)，且其一側(cè)的電極電氣連接于安裝引線的LED芯片；電氣連接于所述LED芯片的另一側(cè)電極的內(nèi)引線；以覆蓋所述LED芯片的方式充填在所述帽部?jī)?nèi)的透光性涂覆構(gòu)件；以及模構(gòu)件，所述模構(gòu)件含有所述安裝引線的帽部、所述內(nèi)引線與連接于所述LED芯片的另一側(cè)電極的連接部分，并且覆蓋由以所述涂覆構(gòu)件覆蓋的LED芯片；其特征在于，所述LED芯片是作為氮化物系列化合物半導(dǎo)體，且所述涂覆構(gòu)件含有光致發(fā)光熒光體，所述光致發(fā)光熒光體由含有從Y、Lu、Sc、La、Gd與Sm所組成的一組中所選出的至少一種元素與從Al、Ga與In所組成的一組中所選出的至少一種元素，并且由以鈰活化的石榴石系列熒光體組成。
在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，上述光致發(fā)光熒光體最好具有含Y與Al的釔鋁石榴石系列熒光體。
此外，本發(fā)明的發(fā)光二極管若為上述光致發(fā)光熒光體，最好使用一般式以(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce來表示的熒光體(其中0≤r＜1，0≤s≤1，而Re是從Y、Gd中所選出的至少一種)。
此外，本發(fā)明的發(fā)光二極管若為上述光致發(fā)光熒光體，也可使用一般式以(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12來表示的熒光體，(其中，0≤p≤0.8、0.003≤q≤0.2、0.0003≤r≤0.08、0≤s≤1)。
在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，為了將發(fā)光波長(zhǎng)調(diào)整成所要的波長(zhǎng)，上述光致發(fā)光熒光體最好包括二個(gè)以上分別含有Y與Al的相互之間組成相異的以鈰活化的釔·鋁石榴石系列熒光體。
為了將發(fā)光波長(zhǎng)調(diào)整或所要的波長(zhǎng)，本發(fā)明的發(fā)光二極管同樣地，最好使用一般式分別以(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce來表示(其中0≤r＜1，0≤s≤1，而Re是從Y、Gd中所選出的至少一種)而相互之間組成相異的二個(gè)以上的熒光體來作為上述光致發(fā)光熒光體。
同樣地，本發(fā)明的發(fā)光二極管為了將發(fā)光波長(zhǎng)調(diào)整成所要的波長(zhǎng)，最好使用一般式以Y3(Al1-sGas)5O12:Ce表示的第一熒光體和一般式以Re3Al5O12:Ce表示的第二熒光體來作為前述光致發(fā)光熒光體。其中，0≤s≤1，而Re是從Y、Ga、La中所選出的至少一種。
同樣地，本發(fā)明的發(fā)光二極管為了將發(fā)光波長(zhǎng)調(diào)整成所要的波長(zhǎng)，上述光致發(fā)光熒光體也最好在釔鋁石榴石系列熒光體中使用第1熒光和第2熒光體材料，分別使第1熒光體材料和第2熒光體材料釔的一部分與釓置換而相互置換量不同。
此外，一般而言，熒光體吸收短波長(zhǎng)的光而發(fā)出長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，較吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)的光而言發(fā)出短波的光者效率為佳。與其使用發(fā)出紫外光使樹脂(模構(gòu)件與涂覆構(gòu)件)劣化不如使用發(fā)出可見光較佳。因此，在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，為了提高發(fā)光效率與延長(zhǎng)其壽命，最好將上述發(fā)光元件的發(fā)光光譜主峰值設(shè)定在可見光中較短波長(zhǎng)的400nm至530nm范圍內(nèi)，并且將上述光致發(fā)光熒光體的主發(fā)波長(zhǎng)設(shè)定成比上述發(fā)光元件的主峰值長(zhǎng)。此外，依此方式，由熒光體變換的光，由于也較發(fā)光元件所發(fā)出的光波長(zhǎng)還長(zhǎng)，所以熒光體等所反射而變換后的光即使照射在發(fā)光元件上，也不會(huì)為發(fā)光元件所吸收(因變換后的光比能帶間隙的能量小)。如此，熒光體等反射的光即為載置有發(fā)光元件的帽部所反射，并能進(jìn)一步作有效的發(fā)光。
另外，本發(fā)明的其他方案涉及的發(fā)光二極管，具備LED芯片，其采用量子阱結(jié)構(gòu)，并且發(fā)光層由含有In的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，在420～490nm的范圍內(nèi)具有光譜的峰值；配置在所述LED芯片附近的透光性樹脂；和在所述透光性樹脂中所含有的光致發(fā)光的熒光體；其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體吸收一部分所述LED芯片的藍(lán)色發(fā)光，能夠發(fā)出在530～570nm內(nèi)具有峰值并至少擴(kuò)展到700nm為止的發(fā)光光譜，采用石榴石結(jié)構(gòu)，并且含有鈰，從所述LED芯片發(fā)出、但不被所述光致發(fā)光的熒光體吸收而通過的光的發(fā)光光譜，與從所述光致發(fā)光的熒光體發(fā)出的光的發(fā)光光譜互相重合，通過兩光譜的混合，從而能夠發(fā)出白色系的光。
其中，所述透光性樹脂包含從環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、硅酮樹脂中選擇的一種。
其中，所述透光性樹脂中含有從鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化硅中選擇的至少一種。
此外，在所述透光性樹脂中所含有的光致發(fā)光的熒光體，其分布濃度從透光性樹脂的表面?zhèn)认蛩鯨ED芯片變高。
進(jìn)而，所述LED芯片及所述透光性樹脂用由從環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、硅酮樹脂組成的群中選擇出的一種構(gòu)成的部件保護(hù)。
還有，所述LED芯片及所述透光性樹脂用由玻璃構(gòu)成的部件保護(hù)。
再有，保護(hù)所述LED芯片及所述透光性樹脂的部件包含擴(kuò)散劑。
另外，所述光致發(fā)光的熒光體，體色為黃色。
此外，所述光致發(fā)光的熒光體，作為稀土類元素，包含從Y、Lu、Sc、La、Gd及Sm組成的群中選擇出的至少一種元素而構(gòu)成。
其中，所述光致發(fā)光的熒光體，作為稀土類元素，包含從Y、Gd、Sm組成的群中選擇出的至少一種元素而構(gòu)成。
再有，所述光致發(fā)光的熒光體，作為稀土類元素，包含Y與Gd。
進(jìn)而，所述光致發(fā)光的熒光體包含從Al、Ga及In組成的群中選擇的至少一種元素而構(gòu)成。
還有，所述光致發(fā)光的熒光體包含Al及/或Ga而構(gòu)成。
此外，所述光致發(fā)光的熒光體包含Al而構(gòu)成。
另外，所述光致發(fā)光的熒光體包含Y與Al而構(gòu)成。
進(jìn)一步，所述LED芯片上連接有直徑為10μm以上、45μm以下的導(dǎo)電性引線。
再有，所述LED芯片在450～475nm范圍內(nèi)具有發(fā)光光譜的峰值。


圖1表示與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的引線型發(fā)光二極管模式的剖視圖。
圖2表示與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)有關(guān)的芯片型發(fā)光二極管型式的剖視圖。
圖3A表示以第一實(shí)施形態(tài)的以鈰活化的石榴石系列熒光體所激勵(lì)的光譜圖。
圖3B表示以第一實(shí)施形態(tài)的以鈰活化的石榴石系列熒光體所發(fā)出的光譜圖。
圖4表示第1實(shí)施形態(tài)的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜圖。
圖5A表示表示以第二實(shí)施形態(tài)的以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體的激勵(lì)光譜圖。
圖5B表示表示以第二實(shí)施形態(tài)的以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體的發(fā)光光譜圖。
圖6表示用于說明第二實(shí)施形態(tài)的發(fā)光二極管發(fā)光顏色的色度圖，在圖中，A與B點(diǎn)表示發(fā)光元件所發(fā)出的光，C、D點(diǎn)分別表示來自二種光致發(fā)光熒光體的發(fā)光顏色。
圖7表示與本發(fā)明的其他實(shí)施形態(tài)相關(guān)的面狀發(fā)光光源模式的剖視圖。
圖8表示不同于圖7的面狀發(fā)光光源模式的剖視圖。
圖9表示不同于圖7與圖8的面狀發(fā)光光源模式的剖視圖。
圖10表示本發(fā)明應(yīng)用例的顯示裝置的方塊圖。
圖11表示圖10所示顯示裝置的LED顯示器的平面圖。
圖12表示使用本發(fā)明的發(fā)光二極管與RGB的四個(gè)發(fā)光二極管來構(gòu)成象素的LED顯示器平面圖。
圖13A表示在25℃下實(shí)施例1與比較例1的發(fā)光二極管的壽命試驗(yàn)結(jié)果圖。
圖13B表示60℃，90％RH下實(shí)施例1與比較例1的發(fā)光二極管的壽命試驗(yàn)結(jié)果圖。
圖14A表示相對(duì)于經(jīng)過時(shí)間的亮度保護(hù)率，實(shí)施例9與比較例2的耐候性試驗(yàn)結(jié)果圖。
圖14B表示相對(duì)于經(jīng)過時(shí)間的亮度保護(hù)率，實(shí)施例9與比較例2的耐候性試驗(yàn)結(jié)果圖，是表示試驗(yàn)前后的色調(diào)變化。
圖15A表示實(shí)施例9與比較例2的發(fā)光二極管的可靠性試驗(yàn)結(jié)果，亮度保持率與時(shí)間的關(guān)系。
圖15B表示實(shí)施例9與比較例2的發(fā)光二極管的可靠性試驗(yàn)結(jié)果，色調(diào)與時(shí)間的關(guān)系。
圖16表示將表1所示熒光體與峰值波長(zhǎng)465nm的藍(lán)色LED組合的發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)的色再現(xiàn)范圍的色度圖。
圖17表示將表1所示熒光體與峰值波長(zhǎng)465nm的藍(lán)色LED組合的發(fā)光二極管中熒光體含有量變化時(shí)的發(fā)光顏色的變化的色度圖。
圖18A表示以(Y0.6Gd0.4)3Al5O12:Ce來表示的實(shí)施例2的光致發(fā)光熒光體的光譜圖。
圖18B表示具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)460nm的實(shí)施例2的發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖18C表示實(shí)施例2的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜圖。
圖19A表示以(Y0.2Gd0.8)3Al5O12:Ce來表示的實(shí)施例5的光致發(fā)光熒光體的發(fā)光光譜圖。
圖19B表示具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)450nm的實(shí)施例5的發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖19C表示實(shí)施例5的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜圖。
圖20A表示以Y3Al5O12:Ce來表示的實(shí)施例6的光致發(fā)光熒光體的發(fā)光光譜圖。
圖20B表示具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)450nm的實(shí)施例6的發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖20C表示實(shí)施例6的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜圖。
圖21A表示以Y3(Al0.5Ga0.5)5O12:Ce來表示的實(shí)施例7光致發(fā)光熒光體的發(fā)光光譜圖。
圖21B表示具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)450nm的實(shí)施例7發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖21C表示實(shí)施例7的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜圖。
圖22A表示以(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce來表示的實(shí)施例11的光致發(fā)光熒光體的發(fā)光光譜圖。
圖22B表示以(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ce來表示的實(shí)施例11的光致發(fā)光熒光體的發(fā)光光譜圖。
圖22C表示具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)470nm的實(shí)施例11的發(fā)光元件的發(fā)光光譜圖。
圖23表示實(shí)施例11發(fā)光二極管的發(fā)光光譜圖。
圖中100發(fā)光二極管 101，201，701涂覆102，2302，702發(fā)光元件103，203電線104模構(gòu)件 105安裝引線105a帽部 106內(nèi)引線205端子金屬 504框體505蔽光構(gòu)件 506矽膠601LED顯示器 602驅(qū)動(dòng)器603RAM604色調(diào)控制裝置605驅(qū)動(dòng)電路 702發(fā)光二極管703金屬基板 704導(dǎo)光板705，707反射構(gòu)件 706散射片具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
圖1的發(fā)光二極管100是具備有安裝引線105與內(nèi)引線106的引線型發(fā)光二極管，發(fā)光元件102設(shè)在安裝引線105的帽部105a上，含有規(guī)定的光致發(fā)光熒光體的涂覆樹脂101充填在帽部105a內(nèi)而覆蓋發(fā)光元件102后用樹脂模制成形而構(gòu)成。發(fā)光元件102的n側(cè)電極與p側(cè)電極分別使用電線103來將安裝引線105與內(nèi)引線106連接。
在如以上所述結(jié)構(gòu)成的發(fā)光二極管中，發(fā)光元件(LED芯片)102所發(fā)光(以下稱為L(zhǎng)ED光)的一部分激勵(lì)涂覆樹脂101內(nèi)所含光致發(fā)光熒光體而產(chǎn)生與LED光的波長(zhǎng)不同的光，將光致發(fā)光熒光體所產(chǎn)生的熒光與無助于光致發(fā)光熒光體激勵(lì)而發(fā)出的LED光混色而輸出。其結(jié)果是，發(fā)光二極管100也發(fā)出與發(fā)光元件102所發(fā)出的LED光的波長(zhǎng)不同的光。
圖2表示芯片型發(fā)光二極管，發(fā)光元件(LED芯片)202設(shè)在框體204的凹部，含規(guī)定的光致發(fā)光熒光體的涂覆材料充填于所述凹部以形成涂覆部201而構(gòu)成該發(fā)光二極管。發(fā)光元件202用含有諸如Ag的環(huán)氧樹脂等來固定，而所述發(fā)光元件202的n側(cè)電極與p側(cè)電極則分別使用導(dǎo)電電線203連接于設(shè)在框體204上的端子金屬205。在如上所述構(gòu)成的芯片型發(fā)光二極管中，與圖1的引線型發(fā)光二極管相同，將光致發(fā)光熒光體所產(chǎn)生的熒光與不為光致發(fā)光熒光體所吸收的經(jīng)傳送的LED光混色而發(fā)出。其結(jié)果，發(fā)光二極管200也發(fā)出與發(fā)光元件102所發(fā)出LED光的波長(zhǎng)不同的光。
具備上述所說明光致發(fā)光熒光體的發(fā)光二極管具有以下特征。
1.通常，自發(fā)光元件(LED)放出的光通過供電給發(fā)光元件的電極放出。所放出的光成為發(fā)光元件所形成的電極的陰極，具有特定的發(fā)光型式，因此不會(huì)均勻地在所有方向放出。但是，具備熒光體的發(fā)光二極管由于熒光體散射來自發(fā)光元件的光而放出光，故不會(huì)形成非所要的光型式，而可在廣大的范圍均勻地放出光。
2.來自發(fā)光元件(LED)的光雖然具有單色性的峰值，但由于某種程度的光譜寬度，故光效性高。而這在使用較廣范圍的波長(zhǎng)來作為必要光源情形下尤為不可缺少的優(yōu)點(diǎn)。例如在使用掃描器的光源的場(chǎng)合，最好使用光譜寬的為佳。
下面說明實(shí)施形態(tài)1、2的發(fā)光二極管。在圖1或圖2結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管中，將一使用可見光頻帶內(nèi)光能量較高的氮化物系列化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件與一特定的光致發(fā)光熒光體組合。因此，具有可作高亮度發(fā)光，在長(zhǎng)時(shí)間使用下無發(fā)光效率低下與色斑情形發(fā)生良好的特性。
一般而言，在熒光體中，由于吸收短波長(zhǎng)的光而放出長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的熒光體比吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)的光而放出短波長(zhǎng)的光的熒光體，在變換效率上更優(yōu)異，故在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，最好使用可發(fā)出短波長(zhǎng)藍(lán)色系列光的氮化稼系列半導(dǎo)體發(fā)光元件(發(fā)光元件)。此外，當(dāng)然以使用高亮度的發(fā)光元件為佳。
適合用來與此種氮化鎵系列半導(dǎo)體發(fā)光元件組合的光致發(fā)光熒光體需有以下特性1.設(shè)置在發(fā)光元件102、202鄰近，由于暴露在太陽光的約30倍至40倍強(qiáng)的光線下，故在耐光性上極佳，而且可久耐高強(qiáng)度光照射。
2.為了基于發(fā)光元件102、202進(jìn)行激勵(lì)，發(fā)光元件的發(fā)光能作有效發(fā)光者。特別是，在利用混色情形下，不是紫外線而是監(jiān)色系列光有效發(fā)光。
3.可發(fā)出綠色系列至紅色系列的光而與藍(lán)色色系列混色成白色。
4.設(shè)置在發(fā)光元件102、202鄰近，而由于會(huì)受使所述芯片發(fā)光時(shí)的發(fā)熱所造成溫度變化的影響，故在溫度特性上良好。
5.可基于由色調(diào)組合比或多個(gè)熒光體的混合化的變化而作連續(xù)的變化。
6.發(fā)光二極管有對(duì)應(yīng)于使用環(huán)境的耐候性。
實(shí)施形態(tài)1與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)1的發(fā)光二極管是具有在發(fā)光層的高能帶間隙，而將可發(fā)出藍(lán)色系列光的氮化鎵化合物半導(dǎo)體元件與本身為可發(fā)出黃色系列光的光致發(fā)光熒光體而以鈰活化的石榴石系列光致發(fā)光熒光體組合。因此，在實(shí)施形態(tài)1的發(fā)光二極管中，可將發(fā)光元件102、202所發(fā)出的藍(lán)色系光與被此發(fā)光激勵(lì)的光致發(fā)光熒光體的黃色系列光混色，由此而進(jìn)行白色系列發(fā)光。
此外，由于用實(shí)施形態(tài)1發(fā)光二極管的以鈰活化的石榴石系列光致發(fā)光熒光體具有耐光性與耐候性，故即使長(zhǎng)時(shí)間將發(fā)自發(fā)光元件102、202的可見光帶中的高能光高亮度照射于其近傍，也可發(fā)出發(fā)光顏色的色斑與發(fā)光亮度低下極少的白色光。
以下對(duì)本實(shí)施形態(tài)1發(fā)光二極管的各構(gòu)成構(gòu)件進(jìn)行說明。
(光致發(fā)光熒光體)本實(shí)施形態(tài)1的發(fā)光二極管所有光致發(fā)光熒光體系列是一種以發(fā)自半導(dǎo)體發(fā)光層的可見光與紫外線來激勵(lì)而發(fā)出具有與經(jīng)激勵(lì)的光波長(zhǎng)不同的光致發(fā)光熒光體。具體而言，以含有自Y、Lu、Sc、La、Gd與Sm中選出的至少一種元素與自Al、Ga與In中所選出的至少一種元素而以鈰活化的石榴石系列熒光體來作為光致發(fā)光熒光體。本發(fā)明最好使用含Y與Al而以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體，或一般式以(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce(其中，O≤r＜1，O≤s≤1，而Re是從Y、Gd中所選出的至少一種)表示的熒光體。使用氮化稼系列化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件所發(fā)出的LED光與本身是黃色的光致發(fā)光熒光體所發(fā)出的熒光成補(bǔ)色關(guān)系情形下，借助于將LED光與熒光混合而發(fā)出，即可作為整體發(fā)出白色系列的光。
在本實(shí)施形態(tài)1中，如前所述此光致發(fā)光熒光體，由于混合涂覆樹脂101與形成涂覆部201的樹脂(容后詳述)來使用，故借助于對(duì)應(yīng)于氮化稼系列發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)，對(duì)與樹脂等混合的比率，或填入帽部或框體204的凹部的充填量作種種調(diào)整，即可任意將發(fā)光二極管的色調(diào)設(shè)定為含白色的電燈色。
所含光致發(fā)光熒光體的分布對(duì)混色性與耐久性有所影響。例如，自含有光致發(fā)光熒光體的涂覆部與模構(gòu)件的表面?zhèn)认虬l(fā)光元件提供光致發(fā)光熒光體的分布濃度提高時(shí)，較不容易受到來自外部水份等的影響，可防止水份所造成的劣化。另一方面，若使光致發(fā)光熒光體自發(fā)光元件向模構(gòu)件等的表面?zhèn)鹊姆植紳舛忍岣?，可使來自易受外部環(huán)境水份影響的發(fā)光元件的發(fā)熱、照射強(qiáng)度等的影響變得較少，從而可抑制光致發(fā)光熒光體的劣化。因此，光致發(fā)光熒光體的分布可借助于調(diào)整含有光致發(fā)光熒光體的構(gòu)件、形成溫度、粘度與光致發(fā)光熒光體的形狀、粒度分布等來實(shí)現(xiàn)種種分布，并考慮發(fā)光二極管的使用條件來設(shè)定分布狀態(tài)。
實(shí)施例1的光致發(fā)光熒光體由于與發(fā)光元件102、202相接，或作近接配置，即使在照射強(qiáng)度(Ee)為3W·cm-2以上10W·cm-2以下，也具有充份的耐光性，故借助于使用所述熒光體，可構(gòu)成發(fā)光特性優(yōu)異的發(fā)光二極管。
此外，如圖3A所示，實(shí)施形態(tài)1的光致發(fā)光熒光體由于具有石榴石結(jié)構(gòu)，故熱、光及水份強(qiáng)，使激勵(lì)光譜的峰值接近450nm。并且發(fā)光峰值也如圖3B所示，具有接近580nm至700nm的幅度極寬的發(fā)光光譜。并且，實(shí)施形態(tài)1的光致發(fā)光熒光體由于在結(jié)晶中含有Gd，故可在460nm以上的長(zhǎng)波帶中提高激勵(lì)發(fā)光效率。借助于增加Gd含量，發(fā)光峰值移往長(zhǎng)波，而全體發(fā)光波長(zhǎng)移往長(zhǎng)波側(cè)，也即，需要強(qiáng)紅發(fā)光顏色情形下，可借助于增加Gd置換量來達(dá)成。隨著增加Gd，藍(lán)色光所引起的的光致發(fā)光的光亮度有低下的傾向。
特別，借助于在具有石榴石結(jié)構(gòu)成YAG系列熒光體的組成內(nèi)，以Ga來置換Al的一部分，發(fā)光波長(zhǎng)即往短波側(cè)移動(dòng)，或借助于以Gd來置換組成中Y的一部分，發(fā)光波長(zhǎng)往長(zhǎng)波側(cè)移動(dòng)。
表1表示一般式以(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ce來表示的YAG系列熒光體的組成及其發(fā)光特性。
表1

表1所示的各特性是以460nm的藍(lán)色光來激勵(lì)而測(cè)定的。在表1中，亮度與效率是以①的材料為100來表示其相對(duì)值。
在基于Ga來置換Al情況下，最好考慮發(fā)光效率與發(fā)光波長(zhǎng)將比率設(shè)定于Ga∶Al＝1∶1至4∶6之間。同樣地，在Gd置換Y的一部分的情況下，可以把比率設(shè)定于Y∶Gd＝9∶1～1∶9的范圍，設(shè)定于4∶1～2∶3范圍則更好。Gd置換量的比率若不滿2成，綠色成份即由于紅色成份減少而增大，Gd置換量的比率若在6成以上，紅色成分會(huì)增加，而亮度則急劇降低。特別，借助于根據(jù)發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)，將YAG系列熒光體中Y與Gd的比率設(shè)定于Y∶Gd-4∶1～2∶3范圍，可使用一種釔鋁石榴石系列熒光體，構(gòu)成一種可大致沿黑體輻射軌跡發(fā)生白色光的發(fā)光二極管。此外，若將YAG系列熒光體中的Y與Gd比設(shè)定在Y∶Gd＝2∶3～1∶4的范圍，即可構(gòu)成一種可發(fā)出低亮度電燈色的發(fā)光二極管。而且，借助于將Ce含量(置換量)設(shè)定于0.003～0.2的范圍，可使發(fā)光二極管的相對(duì)發(fā)光光度在70％以上。含量未滿0.003的話，則以Ce來減少光致發(fā)光的激勵(lì)發(fā)光中心數(shù)，以此降低光度，相反地，若大于0.2，則發(fā)生濃度熄光。
如上所述，借助于以Ga來置換組成中的Al的一部分，可使發(fā)光波長(zhǎng)往短波移動(dòng)，而藉由以Gd來置換組成中的Y的一部分，則可使發(fā)光波長(zhǎng)往長(zhǎng)波移動(dòng)。用這種方式變化其組成，即可連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)光顏色。此外，波長(zhǎng)為254nm或365nm的話，用Hg輝線幾乎不會(huì)激勵(lì)的450nm附近的藍(lán)色系列發(fā)光元件的LED光來提高激勵(lì)效率。峰值波長(zhǎng)進(jìn)一步具備有用來對(duì)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件連續(xù)地變換Gd的組成比而將藍(lán)色系列發(fā)光度變換成白色系列發(fā)光的理想條件。
此外，實(shí)施形態(tài)1借助于組合使用氮化鎵系半導(dǎo)體的發(fā)光元件，以及以鈰活化而在釔鋁石榴石系列熒光體(YAG)中含稀土類元素的釤(Sm)的光致發(fā)光熒光體，可進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
此種光致發(fā)光熒光體可使用氧化物或高溫下易氧化物作成的化合物來作為Y、Gd、Ce、Sm、Al、Ga的原料，以預(yù)定的化學(xué)計(jì)量比將其充分地混合而制成混合原料，將作為溶劑的氟化銨等氟化物適量混合于制成的混合原料中而裝入坩堝中，在空氣中1350～1450℃的溫度范圍內(nèi)壓2～5小時(shí)燒成而制得的烘焙品，其次于水中對(duì)烘焙品進(jìn)行球磨，洗凈、分離、干燥，最后放入篩子來制得。
在上述制作方法中，混合原料也可以借助于混合共沉氧化物、氧化鋁與氧化鎵來制造，這種共沉氧化物是將一以草酸共同沉淀一溶解液的共沉物烘焙，而此溶解液是依化學(xué)計(jì)量比特將Y、Gd、Ce、Sm的稀土類元素溶解于酸。
一般式可用(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12來表示的光致發(fā)光熒光體可借助于結(jié)晶中含有Gd，提高尤其是460nm以上長(zhǎng)波帶的激勵(lì)發(fā)光效率。借助于增加釓含量，可使發(fā)光峰值波長(zhǎng)往530nm至570nm的長(zhǎng)波移動(dòng)，且所有發(fā)光波長(zhǎng)也可往長(zhǎng)波側(cè)移動(dòng)。在需要強(qiáng)紅發(fā)光情形下，可借助于增加Gd的置換量來達(dá)成，隨著Gd增加，借助藍(lán)色光所發(fā)射的光致發(fā)光亮度徐徐降低。但是，p宜在0.8以下，0.7以下較佳，而以0.6以上為更佳。
一般式以(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12來表示的含有Sm的光致發(fā)光熒光體，即使增加Gd含量，也使其很少有溫度特性降低的情形發(fā)生。也就是說，借助于含有Sm而大幅改善高溫下光致發(fā)光熒光體發(fā)生亮度的劣化。其改善程度隨Gd含量增加而變大。特別是，增加Gd含量使光致發(fā)光的發(fā)光顏色調(diào)具有紅色而組成的熒光體由于溫度特性劣化，故使其含有Sm而有效改善溫度特性。此外，此處所謂的溫度特性是相對(duì)于450nm的藍(lán)色光在常溫(25℃)下所激勵(lì)的發(fā)光亮度的熒光體在高溫(200℃)下的發(fā)光亮度的相對(duì)值(％)。
Sm含量r在0.0003≤r≤0.08的范圍最好，因此，可使溫度特性達(dá)60％以上。若比此范圍r小，溫度特性的改善效率會(huì)變小。此外，若較此范圍r大，則相反地，溫度特性會(huì)降低。此外，Sm的含量在0.0007≤r≤0.02范圍更佳，由此可使溫度特性達(dá)80％以上。
Ce含量q最好在0.003≤q≤0.2范圍，由此可使相對(duì)發(fā)光亮度達(dá)70％以上。此處所謂的相對(duì)發(fā)光亮度是指在以q＝0.03的熒光體的發(fā)光亮度為100％情形下的發(fā)光亮度。
Ce含量在0.003以下的話，即會(huì)為了減少光致發(fā)光由Ce激勵(lì)的發(fā)光中心數(shù)，而降低亮度，相反地，比0.2大的話，即會(huì)發(fā)生濃度熄光。此外，所謂濃度熄光是指為了提高熒光體的亮度，用增加活化劑的濃度在某一最適值以上的濃度，發(fā)光強(qiáng)度者降低。
在本發(fā)明的發(fā)光二極管中，也最好混合Al:Ga、Y、Gd與Sm的含量不同的二種以上的(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12的光致發(fā)光熒光體來使用。由此可增加熒光發(fā)光中RGB的波長(zhǎng)成分，此外，也可例如借助于使用彩色濾光器來作為全色液晶顯示裝置用。
(發(fā)光元件102、202)發(fā)光元件如圖1與圖2所示最好埋設(shè)于模構(gòu)件中。本發(fā)明的發(fā)光二極管所用的發(fā)光元件是使以鈰活化的石榴石系列熒光體能極有效激勵(lì)的氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體。使用氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件102、202是以MOCVD法等將InGaN等的氮化鎵系半導(dǎo)體形成于基板上以形成發(fā)光層而制成?，F(xiàn)列舉具有MIS接合、PIN接合與PN結(jié)等的同質(zhì)構(gòu)造、異質(zhì)構(gòu)造或雙異質(zhì)構(gòu)造來作發(fā)光元件的構(gòu)造?？筛鶕?jù)半導(dǎo)體層的材料及其混晶度來對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)可以作種種的選擇。并且可作成足以使半導(dǎo)體活性層產(chǎn)生量子效果的薄薄的單一量子阱構(gòu)造與多重量子阱構(gòu)造。特別是，在本發(fā)明中，借助于使發(fā)光元件的活性層成為InGaN的單一量子阱構(gòu)造，能使光致發(fā)光熒光體不劣化，并能作為發(fā)光較高的發(fā)光二極管來使用。
在使用氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體情形下，半導(dǎo)體基板上可使用藍(lán)寶石、尖晶石、Sic、Si、ZnO等材料，但，最好使用藍(lán)寶石基板，形成結(jié)晶性良好的氮化鎵。經(jīng)由GaN、AlN等的緩沖層將PN結(jié)形成于此藍(lán)寶石基板上，而以此方式形成氮化稼半導(dǎo)體層。氮化鎵系列半導(dǎo)體在不摻雜不純物狀態(tài)下呈N型導(dǎo)電性，為了形成具有所要提高發(fā)光效率的特性(載流子濃度等)的N型氮化鎵半導(dǎo)體，最好以Si、Ge、Se、Te、C等作為N型摻雜劑來進(jìn)行適宜的摻雜。另一方面，在形成P型氮化稼半導(dǎo)體情況下，則摻雜Zn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等P型摻雜劑。此外，氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體由于僅摻雜P型摻雜劑難以P型化，故最好在導(dǎo)入P型摻雜劑后，以爐加熱，利用低速電子射線照射與等離子照射來進(jìn)行P型化。利用蝕刻等使P型與N型氮化鎵半導(dǎo)體表面露出后，使用濺射法與真空蒸發(fā)法在各半導(dǎo)體層上形成所要形狀的各個(gè)電極。
接著，使用利用切塊直接全斷的方法，切入比刃端寬的溝中之后(半切)，即利用外力切割半導(dǎo)體圓片的方法，或利用前端的鉆石針往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的劃線器，而在半導(dǎo)體圓片上譬如拉出圍棋盤格子狀的極細(xì)劃線(經(jīng)線)的后，利用外力將圓片切割的方法等，將以上所形成的半導(dǎo)體圓片等切割成芯片狀。由此，即可形成由氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體所制成的發(fā)光元件。
在本實(shí)施形態(tài)1的發(fā)光二極管發(fā)出的白色系列光的情形下，宜考慮與光致發(fā)光熒光體的補(bǔ)色關(guān)系以及樹脂的劣化等而將發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)設(shè)定在400nm以上、530nm以下，設(shè)定在420nm以上490nm以下則更佳。為了分別提高發(fā)光元件與光致發(fā)光熒光體的發(fā)光效率，更好的是設(shè)定在450nm以上475nm以下。圖4示出了實(shí)施形態(tài)1白色系列發(fā)光二極管的一發(fā)光光譜例子。所述例示的發(fā)光二極管是圖1所示的引線型，也是后述使用實(shí)施例1的發(fā)光元件與光致發(fā)光熒光體。在圖4中，具有450nm附近峰值的發(fā)光系列來自發(fā)光元件的發(fā)光，而具有570nm附近峰值的發(fā)光則是發(fā)光元件激勵(lì)的光致發(fā)光發(fā)出的光。
圖16示出了以表1所示熒光與峰值為465nm的藍(lán)色LED(發(fā)光元件)組成的白色系列發(fā)光二極管可實(shí)現(xiàn)的色再現(xiàn)范圍。所述白色系列發(fā)光二極管的發(fā)光顏色由于位于藍(lán)色LED起源的色度點(diǎn)與熒光體起源的色度點(diǎn)結(jié)合的直線上的各個(gè)點(diǎn)，故利用使用表1中①～⑦的熒光體，可全面復(fù)蓋色度圖中央部范圍極廣的白色領(lǐng)域(圖16中加上斜線的部分)。圖17示出了白色系列發(fā)光二極管中熒光體含量變化時(shí)發(fā)光顏色變化的情形。這里熒光體含量是以相對(duì)于使用在涂覆部的樹脂的重量百分比來表示。由圖17可知，若熒光體的量增加，即越近熒光體的發(fā)光顏色，若減少的話，則越近藍(lán)色LED。
此外，本發(fā)明加設(shè)可產(chǎn)生激勵(lì)熒光體的光的發(fā)光元件，也可一并使用不激勵(lì)熒光體的發(fā)光元件。具體地說，加設(shè)可激勵(lì)熒光體的氮化物系列化合物半導(dǎo)體，而同時(shí)配置有實(shí)質(zhì)上不激勵(lì)熒光體，發(fā)光層為鎵化磷、鎵化砷、鋁、鎵化砷磷與銦化鋁磷等的發(fā)光元件。由此，來自不激勵(lì)熒光體的發(fā)光元件的光就不會(huì)被熒光體吸而放到外部。由此則可作為發(fā)出紅白光的發(fā)光二極管。
以下說明圖1與圖2的發(fā)光二極管的其他結(jié)構(gòu)要素。
(導(dǎo)電性電線103、203)作為導(dǎo)電性電線103、203，需在電阻性、機(jī)械連接性、電氣傳導(dǎo)性與導(dǎo)熱性上極佳。導(dǎo)熱性宜為0.01卡/(秒)(cm2)(℃/cm)以上，較佳者為0.5卡/(秒)(cm2)(℃/cm)以上。而且考慮到作業(yè)性的話，最好電線的直徑在10微米以上45微米以下。特別是，即使使用同一材料于含有熒光體的涂覆部與模構(gòu)件，由于熒光體進(jìn)入任何一方所引起的熱膨脹系數(shù)不同，故導(dǎo)電性電線容易于其界面斷線。因此，導(dǎo)電性電線的直徑為25微米以上最好，從發(fā)光面積與操作是否容易的觀點(diǎn)考慮35微米以下為好。作為導(dǎo)電性電線的材質(zhì)有金、銅、白金、鋁等金屬與其合金。由于使用此種材質(zhì)、形狀所制成的導(dǎo)電性電線，故利用電線粘接裝置，即可容易地與各發(fā)光元件的電極、內(nèi)引線與安裝引線連接。
(安裝引線105)安裝引線105是由帽部105a與引線105b組成，帽部105a上以裝片裝置載置發(fā)光的102的部分要足夠大。并且在將多個(gè)發(fā)光元件設(shè)于帽部?jī)?nèi)而以安裝引線來作為發(fā)光元件的共通電極的場(chǎng)合，由于有使用不同電極材料情形，所以必須分別有充分的導(dǎo)電性以及焊線等的連接性。此外，在將發(fā)光元件配置于安裝引線上的帽部?jī)?nèi)同時(shí)將熒光體充填于帽部的內(nèi)部情形下，即使來自熒光體的光是其本身所放出，由于由帽部朝所要方向反射，故可防止來自近接配置的其他發(fā)光二極管的光所造成的模擬點(diǎn)燈情形。所謂模擬點(diǎn)燈是指即使未供電給接近配置的其他發(fā)光二極管，也可看到有發(fā)光的現(xiàn)象。
發(fā)光元件102與安裝此安裝引線105的帽部105a的接合可用環(huán)氧樹脂、丙烯基樹脂與亞胺樹脂等的熱硬化性樹脂。此外，使用背面發(fā)光元件(是從基板側(cè)發(fā)光取出，使發(fā)光電極與帽部105相對(duì)向地安裝)情形下，為了在使所述發(fā)光元件與安裝引線連接而同時(shí)導(dǎo)電，可使用Ag涂漿、碳涂漿與金屬拼片等。此外，為了提高發(fā)光二極管的光利用效率，最好發(fā)光元件也使所配置的安裝引線的帽部表面成鏡面狀而具有表面反射功能。此情形的表面糙度最好為0.1S以上0.8S以下。安裝引線的具體的電阻宜為300μΩ·厘米以下，較佳者為3μΩ·厘米以下。安裝引線上疊置有多個(gè)發(fā)光元件情形下發(fā)熱量大，因此熱導(dǎo)度必需良好，所述熱導(dǎo)度宜為0.01卡/(秒)(cm2)(℃/cm)，較佳者為0.5卡/(秒)(cm2)(℃/cm)以上。滿足此等條件的材料有鐵、銅、摻鐵的銅、摻錫的銅、金屬化型式的陶等。
(內(nèi)引線106)內(nèi)引線106以導(dǎo)電性電線連接于安裝引線105上所配置的發(fā)光元件102一方的電極。在發(fā)光二極管在安裝引線上設(shè)有多個(gè)發(fā)光元件情形下，須設(shè)有多個(gè)內(nèi)引線106，并配有各導(dǎo)電性電線彼此不接觸的各內(nèi)引線。例如，因?yàn)閺陌惭b引線離開，所以借助于各內(nèi)引線的各電線接合端的面積依次加大，可隔開式接合導(dǎo)電性電線間的間隔以防止導(dǎo)電性電線間的接觸?？紤]內(nèi)引線與導(dǎo)電性電線連接的端面糙度最好設(shè)定在1.6S以上10S以下。
內(nèi)引線可依所要作成的形狀以使用型框的鉆孔加工等來形成。內(nèi)引線鉆孔加工形成后，最好進(jìn)一步借助于從端面方向加壓，調(diào)整所要端面的面積與端面高度。
內(nèi)引線與導(dǎo)電性電線即連接電線等的連接必須有良好的連接性與導(dǎo)電性。具體的電阻宜為300μΩ·厘米以下，較佳者為3μΩ·厘米以下。滿足所述條件的材料有鐵、銅、摻鐵的銅、摻錫的銅以及鍍有銅、金、銀的鋁、鐵、銅等。
(涂覆部101)
涂覆部101系與模構(gòu)件104分開而設(shè)在安裝引線的帽部上，就本實(shí)施例形態(tài)1而言，是含有用來變換發(fā)光元件的發(fā)光的光致發(fā)光光熒光體。作為涂覆部的具體材料適用者的環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、硅酮等耐候性優(yōu)異的透明樹脂與玻璃。并且與光致發(fā)光熒光體一起含有擴(kuò)散劑較佳。最好使用鈦氧鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化硅等。此外，在利用噴濺形成熒光體情形下，可省略涂覆部。這種情形，可一面調(diào)整膜厚，一面設(shè)開口部與熒光體層形成能混色顯示的發(fā)光二極管。
(模構(gòu)件104)模構(gòu)件104具有自發(fā)光元件102、導(dǎo)電電線103與含有光致發(fā)光熒光體的涂覆部101等的外部進(jìn)行保護(hù)的功能。本實(shí)施形態(tài)1最好進(jìn)一步含有擴(kuò)散劑于模構(gòu)件部104中，由此可緩和來自發(fā)光元件102的指向性并增加視野角。模構(gòu)件104在發(fā)光二極管中具有一面將來自發(fā)光元件的發(fā)光聚焦一面擴(kuò)散的透鏡功能。因此，模構(gòu)件104通常為凸透鏡狀、進(jìn)一步為凹透鏡狀，在形狀上作成從發(fā)光觀測(cè)面的為橢圓形狀與其形狀的多個(gè)組合。并且模構(gòu)件104也最好在構(gòu)造上將各個(gè)不同的材料作為多個(gè)疊層。作為模構(gòu)件104主要的具體材料有環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、硅酮樹脂等耐候性優(yōu)異的透明樹脂與玻璃?？墒褂免佈蹁^、氧化鈦、氧化鋁、氧化硅等來作為擴(kuò)散劑。本發(fā)明也最好進(jìn)一步含有加有擴(kuò)散劑而放入模構(gòu)件中的光致發(fā)光熒光體、也即，本發(fā)明也最好含有光致發(fā)光熒光體于涂覆部中，以及于模構(gòu)件中。借助于含有光致發(fā)光熒光體于模構(gòu)件中，可進(jìn)一步增大視野角。并且，也最好含在涂覆部分構(gòu)件二者中。此外，使用含有光致發(fā)光熒光體的樹脂來作成涂覆部，使用與涂覆部不同材料的玻璃來形成模構(gòu)件也較佳，利用這種構(gòu)成，即可制造很少受到水份等的影響而在生產(chǎn)性上極佳的發(fā)光二極管。根據(jù)其用途，為了使折射率一致，也最好使用相同構(gòu)件來形成模構(gòu)件與涂覆部。在本發(fā)明中，利用模構(gòu)件中含有擴(kuò)散劑與著色劑，可使自發(fā)光觀測(cè)面看得到的熒光體著色隱而不見，同時(shí)可提高混色性。即，熒光體在強(qiáng)外光中吸收藍(lán)色成份可發(fā)出光，看起來就像是著上黃色。此外，在模構(gòu)件中所含的擴(kuò)散劑使模構(gòu)件成乳白色，而著色劑則進(jìn)行所要顏色的著色。因此，自發(fā)光觀側(cè)面觀測(cè)不到熒光體的顏色。發(fā)光元件的主發(fā)光波長(zhǎng)在430nm以上的話，最好含有作為光安定劑的紫外線吸收劑。
發(fā)明的實(shí)施2與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施形態(tài)2的發(fā)光二極管使用具備有氮化鎵系列半導(dǎo)體的元件來作為發(fā)光元件，此氮化鎵系列半導(dǎo)體具有高能帶間隙，并使用含有相互組成不同的二種以上不同的光致發(fā)光熒光體，最好是含以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體的熒光體來作為光致發(fā)光熒光體。由此，實(shí)施形態(tài)2的發(fā)光二極管即使在由發(fā)光元件所發(fā)LED的發(fā)光波長(zhǎng)不是依制造色散所得的所要值，也可借助于調(diào)整二種以上的熒光體含量來制得有所要色調(diào)的發(fā)光二極管者。在此情形下，相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)較短的發(fā)光元件，使用發(fā)光波長(zhǎng)較短的熒光體，借助于使用發(fā)光波長(zhǎng)較長(zhǎng)的熒光體于發(fā)光波長(zhǎng)較長(zhǎng)的發(fā)光元件，可使發(fā)自發(fā)光二極管的發(fā)光顏色恒定。
就有關(guān)于熒光體而言，可使用一般式以(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ce其中，O≤r＜1，O≤s≤1，而Re則是從Y、Gd與La所選出的至少一種。由于由此在發(fā)自發(fā)光元件的可見光帶中，即使為具有高能量的光長(zhǎng)時(shí)間作高亮度的照射以及在種種外部環(huán)境下使用，熒光體也極少變質(zhì)，故所構(gòu)成的發(fā)光二極管極少發(fā)生發(fā)光顏色色斑與發(fā)光亮度降低的情形，并且具有所要高亮度的發(fā)光成分。
實(shí)施形態(tài)2的光致發(fā)光熒光體現(xiàn)詳細(xì)說明實(shí)施形態(tài)2的發(fā)光二極管所使用的光致發(fā)光熒光體。
在實(shí)施形態(tài)2中，如上所述，光致發(fā)光熒光體除使用組成不同的二種以上的以鈰活化的光致發(fā)光熒光體外，也以相同于實(shí)施形態(tài)1的方式來構(gòu)成，且熒光體的使用方法與實(shí)施形態(tài)1相同。
與實(shí)施形態(tài)1相同，由于可對(duì)光致發(fā)光熒光體的分布作種種的變化(按照自發(fā)光元件離開情形加上濃度梯度)，故利用使發(fā)光二極管具有耐候性極強(qiáng)的特性。這種分布利用由調(diào)整含光致發(fā)光熒光體的構(gòu)件、形成溫度、粘變與光致發(fā)光熒光體的形狀、粒度分布等來作種種的調(diào)整。此外，實(shí)施形態(tài)2對(duì)應(yīng)于使用條件，設(shè)定熒光體的分布濃度。且實(shí)施形態(tài)2可借助于對(duì)各個(gè)發(fā)光元件所發(fā)出的光進(jìn)行二種以上熒光體的配置(例如依序從接近發(fā)光元件處予以配置)來提高發(fā)光效率。
與實(shí)施形態(tài)1相同，如以上結(jié)構(gòu)的實(shí)施形態(tài)2發(fā)生二極管，構(gòu)成一種即使在與照度強(qiáng)度為(Ee)＝3W*cm-2以上10W*cm-2以下的高輸出發(fā)光元件，連接或近接配置情形下，也具有高效率且耐光性充分的發(fā)光二極管。
與實(shí)施形態(tài)1相同，實(shí)施形態(tài)2所用以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體(YAG系列熒光體)，由于具有石榴石的結(jié)構(gòu)，故熱、光與水份上極強(qiáng)。且如圖5A的實(shí)線所示，實(shí)施形態(tài)2的釔鋁石榴石系列熒光體，將激勵(lì)光譜的峰值設(shè)定于450nm附近，并可如圖5B的實(shí)線所示，將發(fā)光光譜的峰值設(shè)定于510nm附近，如此即可在頻寬上將發(fā)光光譜擴(kuò)展至700nm。由此即可發(fā)出綠色系列光?？扇鐖D5A的虛線所示，實(shí)施形態(tài)2的另一以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體，使激勵(lì)光譜的峰值接近450nm，且發(fā)光光譜的峰值可如圖5B的虛線所示設(shè)定于600nm附近，由此即可在頻寬上將發(fā)光光譜擴(kuò)展至750nm。由此即發(fā)可發(fā)生紅色系光。
在具有石榴石組成的YAG系列熒光體內(nèi)，以Ga置換Al的一部分來使發(fā)光波長(zhǎng)往短波側(cè)移動(dòng)，且以Gd與/或La置換Y的一部分來使發(fā)光波長(zhǎng)往長(zhǎng)波側(cè)移動(dòng)。Al對(duì)Ga置換最好考慮發(fā)光效率與發(fā)光波長(zhǎng)為Ga∶Al＝1∶1至4∶6。同樣地，以Gd與/或La置換Y的一部分，Y∶Gd與/或La＝9∶1至1∶9，較佳者為Y∶Ga與/或La＝4∶1至2∶3。置換比率不滿2成的話，綠色成份會(huì)增大而紅色成份則縮小。且比率是6成以上的話，紅色成份會(huì)增大而亮度則急遞降低。
這種光致發(fā)光熒光體可使用以Y、Gd、Ce、La、Al、Sm與Ga作為原料的氧化物與高溫下易氧化的氧化物所組合的化合物，并按化學(xué)計(jì)量比將其混合而制得原料。并且以共沉氧化物、氧化鋁與氧化鎵混合而制得混合原料，所述共沉氧化物是以草酸共同沉淀一溶解液的共沉物烘焙，而所述溶解液是依化學(xué)計(jì)量比將Y、Gd、Ce、La、Sm的稀土類元素溶解于酸中。將作為助熔劑的氟化銨等氟化物適量混合而放入坩堝中，在空氣中1350～1450℃溫度下壓2～5小時(shí)烘焙而制得烘焙品，其次在水中球磨烘焙品、洗凈、分離、干燥，最后通過篩子可制得。在本實(shí)施形態(tài)中，組成不同的二種以上以鈰活化的釔鋁石榴石系列熒光體既最好混合使用，并且最好獨(dú)立配置(譬如疊層)使用。在二種以上熒光體混合使用情況下，形成產(chǎn)量性佳的色變換部較簡(jiǎn)單，而二種以上的熒光體獨(dú)立配置情形下，可借助于形成所要顏色或使其混合，而在形成后予以色調(diào)整。此外，在熒光體各自獨(dú)立配置情形下，最好接近LED元件處設(shè)有易于在較高波長(zhǎng)側(cè)吸收光而發(fā)光的熒光體，并在離LED較遠(yuǎn)處配置易于在較長(zhǎng)波側(cè)吸收發(fā)光的熒光的熒光體。由此可有效吸收并發(fā)光。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)2的發(fā)光二極管使用組成不同的二種以上釔鋁石榴石系列熒光體。由此可構(gòu)成一種所欲發(fā)光顏色可有效發(fā)光的發(fā)光二極管。即，半導(dǎo)體發(fā)光元件所發(fā)的光的發(fā)光波長(zhǎng)在圖6所示色變圖的A點(diǎn)至B點(diǎn)線上的位置情況下，即可發(fā)出組成不同的二種以上的釔鋁石榴石系列熒光體色度，即圖6的A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)及D點(diǎn)所圍住的斜線內(nèi)的任一發(fā)光顏色。實(shí)施形態(tài)2可借助于LED元件、熒光體的組成或其量作種種選擇來調(diào)節(jié)。特別是，對(duì)應(yīng)于LED元件的發(fā)光波長(zhǎng)，借助于由對(duì)熒光體的選擇來補(bǔ)償LED元件的發(fā)光波長(zhǎng)的色散，由此可構(gòu)成發(fā)光波長(zhǎng)的色散極少的發(fā)光二極管。此外，可借助于由選擇熒光體的發(fā)光波長(zhǎng)來構(gòu)成含高亮度的RGB發(fā)光成份的發(fā)光二極管。
根據(jù)以上結(jié)論，并且根據(jù)對(duì)表1之后的第2段中”沿著黑體輻射軌跡發(fā)生白色光”的說明，可以得到上述的本發(fā)明的第1方面和第3方面。
此外，由于實(shí)施形態(tài)2所用的釔鋁石榴石系(YAG系)熒光體是由石榴石組成，故實(shí)施形態(tài)2的發(fā)光二極管可長(zhǎng)時(shí)間高亮度的發(fā)光。而且，實(shí)施形態(tài)1與2的發(fā)光二極管從發(fā)光觀測(cè)面看，經(jīng)由熒光體設(shè)有發(fā)光元件。由于所使用熒光物質(zhì)于比來自發(fā)光元件的光的波長(zhǎng)側(cè)發(fā)光，故可有效發(fā)光。此外，變換過的光由于也變成在較發(fā)自發(fā)光元件的光長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)，故也比發(fā)光元件的氮化物半導(dǎo)體層的帶間隙小，而難以為所述氮化物半導(dǎo)體層所吸收。為了使熒光體等向發(fā)光，所發(fā)出的光雖也朝向LED元件，但由于熒光體所發(fā)出的光不為L(zhǎng)ED元件所吸收，故不會(huì)降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
(面狀發(fā)光光源)圖7表示有關(guān)于本發(fā)明的另一實(shí)施形態(tài)的面狀發(fā)光光源例子。
圖7所示面狀發(fā)光光源是涂覆部701所含實(shí)施例1或2所用的光致發(fā)光熒光體。由此，氮化鎵系列發(fā)光元件所發(fā)藍(lán)色系光藉涂覆部作色變換后，即經(jīng)由導(dǎo)光板704與散射片706成面狀發(fā)出。
詳細(xì)地說，在圖7的面狀發(fā)光光源中，發(fā)光元件702固定于絕緣層與導(dǎo)電晶體點(diǎn)陣(未表示)所形成的コ字形金屬基板703內(nèi)。發(fā)光元件的電極與導(dǎo)電晶體點(diǎn)陣導(dǎo)通的后，即將光致發(fā)光熒光體與環(huán)氧樹脂混合而充填于載裝有發(fā)光元件702的コ字基金屬基板703內(nèi)部。如此固定的發(fā)光元件702以環(huán)氧樹脂等固定在具有丙烯基性質(zhì)的導(dǎo)光板704的一側(cè)端面。在未形成有導(dǎo)光板704一側(cè)的主面上的散射板706的部分上形成含有白色散射劑的膜狀反射構(gòu)件707，以防止點(diǎn)狀發(fā)光的熒光現(xiàn)象。
同樣地，在結(jié)構(gòu)上，在導(dǎo)光板704的另一側(cè)整個(gè)主表面(里面?zhèn)?以及未配置有發(fā)光元件的另一側(cè)端面上，設(shè)有反射構(gòu)件705以提高發(fā)光效率。
由此可構(gòu)成一種例如LCD背光用而具有充分明亮度的面狀發(fā)光的發(fā)光二極管。
使用這種面狀發(fā)光的發(fā)光二極管的液晶顯示器系例如經(jīng)由在透光性導(dǎo)電液晶點(diǎn)陣所形成的玻璃基板間(未表示)注入液晶的液晶裝置，將偏光板配置于導(dǎo)光板704的一側(cè)主面上而構(gòu)成。
圖8、9表示有關(guān)于本發(fā)明的其他實(shí)施形態(tài)的面狀發(fā)光裝置實(shí)例。圖8所示的發(fā)光裝置是以經(jīng)由光致發(fā)光熒光體所含有的色變換構(gòu)件701變換成白色系光后，借助于導(dǎo)光板704將發(fā)光二極管702所產(chǎn)生的藍(lán)色系列光成面狀發(fā)出的方式構(gòu)成。
圖9所示的發(fā)光裝置是按以導(dǎo)光板704形成面狀后，借助于導(dǎo)光板704一側(cè)的主表面上所形成具有光致發(fā)光熒光體的散射片706，將發(fā)光元件702所發(fā)射的藍(lán)色系光變換成白色光而發(fā)出面狀白色光的方式構(gòu)成。此外，光致發(fā)光熒光體也最好含于散射片706內(nèi)，或者，也最好與粘合劑樹脂一起涂覆在散色片706上而形成片狀。此外，也最好不將在導(dǎo)光板704上的含光致發(fā)光熒光體的粘合劑形成為片狀，而直接形成為點(diǎn)狀。
<應(yīng)用例>
(顯示裝置)接著說明有關(guān)于本發(fā)明的顯示裝置。圖10表示有關(guān)于本發(fā)明的顯示裝置結(jié)構(gòu)的方塊圖。所述顯示裝置如圖10所示，由LED顯示器601以及具備有驅(qū)動(dòng)電路602、影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置603與色調(diào)控制裝置604的驅(qū)動(dòng)電路610所構(gòu)成。LED顯示器601，如圖11所示，是被用來作為于框體504成矩陣狀排列有圖1或圖2所示的白色系列的發(fā)光二極管501的黑白LED。與框體504一體形成的蔽光構(gòu)件505。
如圖10所示，驅(qū)動(dòng)電路610，可包括有影像資料存儲(chǔ)裝置(RAM)603，暫時(shí)存儲(chǔ)所輸入的顯示數(shù)據(jù)；色調(diào)控制裝置604，根據(jù)自RAM603讀出的數(shù)據(jù)，運(yùn)算而輸出LED顯示器601的各個(gè)發(fā)光二極管成預(yù)定亮度點(diǎn)燈用的色調(diào)信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)器602，根據(jù)輸出自色調(diào)控制裝置604的信號(hào)，將發(fā)光二極管點(diǎn)亮。色調(diào)控制裝置604取出存儲(chǔ)于RAM603的數(shù)據(jù)，運(yùn)算LED顯示器601的發(fā)光二極管點(diǎn)燈時(shí)間，并于LED顯示器601輸出閃爍脈沖信號(hào)。在如上所述結(jié)構(gòu)的顯示裝置中，LED顯示器601可根據(jù)從驅(qū)動(dòng)電路輸入的沖動(dòng)信號(hào)，顯示對(duì)應(yīng)于顯示數(shù)據(jù)的影像，從而具有以下優(yōu)點(diǎn)。
即，使用RGB的三個(gè)發(fā)光二極管而作白色系列顯示的LED顯示器，由于有必要調(diào)節(jié)顯示RGB的各發(fā)光二極管的發(fā)光輸出，故須考慮各發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度、溫度特性等，而控制各發(fā)光二極管，因此，驅(qū)動(dòng)所述LED顯示器的驅(qū)動(dòng)電路有過于復(fù)雜的問題。此外，在本發(fā)明的顯示裝置中，LED顯示器601并不使用RGB的三種發(fā)光二極管，由于結(jié)構(gòu)上所使用的有關(guān)于本發(fā)明的可發(fā)出白色系光的發(fā)光二極管501，故驅(qū)動(dòng)電路無需對(duì)RGB的各個(gè)發(fā)光二極管作個(gè)別的控制，故可使驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)成簡(jiǎn)單，并使顯示裝置價(jià)廉。
使用RGB的三種發(fā)光二極管而顯示白色系列的LED顯示器，為了將RGB的三種發(fā)光二極管組合而作白色顯示于每一象素，必須同時(shí)分別使三種發(fā)光二極管發(fā)光而將其混色，故相當(dāng)于一象素的顯示領(lǐng)域會(huì)加大而無法作極精細(xì)的顯示，此外，本發(fā)明的顯示裝置中LED顯示器，由于可用一個(gè)發(fā)光二極管來作白色顯示，故可作較高度精細(xì)的白色系顯示。借助于三種發(fā)光二極管的混色來顯示的LED顯示器依所見方向與角度而變化，各RGB的發(fā)光二極管會(huì)有某一部分被蔽光而顯示色產(chǎn)生變化的情形發(fā)生，本發(fā)明的LED顯示器則無這種現(xiàn)象。
如上所述LED顯示器使用本發(fā)明的可發(fā)白色系列光的發(fā)光二極管，包括所述LED顯示器的顯示器具有較高度精細(xì)化，可作安定的白色顯示，并可使色斑減少的特長(zhǎng)。用本發(fā)明的可作白色顯示的LED顯示器與已知僅用紅色、綠色的LED顯示器相比，對(duì)人體眼睛的刺激極少而適合長(zhǎng)時(shí)間的使用。
(使用本發(fā)明的發(fā)光二極管的其他顯示裝置實(shí)例)如圖12所示，借助于使用本發(fā)明的發(fā)光二極管，即可構(gòu)成以本發(fā)明的發(fā)光二極管加上RGB的三種發(fā)光二極管者作為一象素的LED顯示器。而借助于使所述LED顯示器與規(guī)定的驅(qū)動(dòng)電路連接，即可構(gòu)成一種能顯示種種圖像的顯示裝置。與單色顯像的顯示裝置一樣，本顯示裝置中的驅(qū)動(dòng)電路包括一影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(RAM)，暫時(shí)存儲(chǔ)所輸入的顯示數(shù)據(jù)；色調(diào)控制裝置，根據(jù)RAM所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算使各發(fā)光二極管而預(yù)定亮度點(diǎn)高用的色調(diào)信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)器，切換色調(diào)控制電路的輸出信號(hào)來而將各發(fā)光二極管點(diǎn)亮。此外，所述驅(qū)動(dòng)電路需有分別控制RGB與發(fā)射白色系光的各發(fā)光二極管的專用控制電路。色調(diào)控制電路由RAM所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來運(yùn)算各個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)燈時(shí)間，并將閃爍的脈沖信號(hào)輸出。在進(jìn)行白色系列顯示情形下，使點(diǎn)亮RGB各發(fā)光二極管的脈沖信號(hào)的脈沖寬度縮短，或者使脈沖波信號(hào)的主峰值降低，以至于不輸出全部的脈沖波信號(hào)。另一方面，供給脈沖波信號(hào)到白色系列發(fā)光二極管，(即，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償即縮短沖波信號(hào)的脈沖寬度，降低沖波信號(hào)的峰值，以至于不輸出全部沖波信號(hào)的部分予以補(bǔ)償)。由此作LED顯示器的白色顯示。
這樣，借助于由追加白色發(fā)光二極管于RGB的發(fā)光二極管，即可提高顯示器的亮度。以RGB的組合來進(jìn)行白色顯示的話，雖然無法根據(jù)目視角強(qiáng)調(diào)RGB中的各一或二色而顯示純粹的白色，借助于由追加用于本顯示裝置的白色發(fā)光二極管，即可解決這一問題。
此種顯示裝置中的驅(qū)動(dòng)電路最好以CPU作為色調(diào)控制電路來演算白色系列發(fā)光二極管或所要亮度點(diǎn)亮用的脈沖波信號(hào)。輸出白色調(diào)控制電路脈沖波信號(hào)到輸入白色系列發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器而將使驅(qū)動(dòng)器切換。如果驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通，則白色系列發(fā)光二極管則點(diǎn)亮，關(guān)閉的話，則熄滅。
(信號(hào)機(jī))使用本發(fā)明的發(fā)光二極管來作為本身為顯示裝置的一種的信號(hào)機(jī)所具的特點(diǎn)為，除可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定發(fā)光外，而且，即使發(fā)光二極管的一部分熄滅，也不會(huì)產(chǎn)生色斑。使用本發(fā)明發(fā)光二極管的信號(hào)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)，是依預(yù)定排列方式將白色發(fā)光二極管配置在導(dǎo)電晶體點(diǎn)陣所形成的基板上，以串聯(lián)或串并聯(lián)連接此種發(fā)光二極管的發(fā)光二極管電路為發(fā)光二極管組。使用二個(gè)以上發(fā)光二極管組而分別成螺旋狀配置發(fā)光二極管。如果所有發(fā)光二極管給予配置的話，則全面配置成圓形。分別以焊料將各發(fā)光二極管與從基板與外部電力連接的電源線焊接后，即固定于鐵道信號(hào)用的框體內(nèi)。LED顯示器配置在裝有蔽光構(gòu)件的鋁鑄框體內(nèi)而以硅膠充填材料固于表面上?？蝮w的顯示面設(shè)有白色透鏡。且LED顯示器的電氣配線為了自框體里面將框體密閉，經(jīng)由橡膠相通而密閉于框體。如此即可形成白色系信號(hào)機(jī)?？蓪⒈景l(fā)明的發(fā)光二極管配置成自分開多組的中心部向外勾勒輪子的螺旋形，借助于由并聯(lián)連接構(gòu)成可靠度高的信號(hào)機(jī)。在這種情形下，可借助于由自由中部向外勾勒輪子而構(gòu)成可靠度高的信號(hào)機(jī)。自中心部向外側(cè)勾勒輪子，包括在連接勾勒輪子與斷續(xù)的配置。此外，考慮到LED顯示器的顯示面積等，可對(duì)所配置的發(fā)光二極管的數(shù)目與發(fā)光二極管組的數(shù)目作種種的選擇。因此，信號(hào)機(jī)，即使因一方發(fā)光二極管組與一部分發(fā)光二極管中任一個(gè)有問題而造成熄燈，也可借助于由另一方發(fā)光二極管組與剩下的發(fā)光二極管使信號(hào)機(jī)作均勻的圓形發(fā)光，而不致于產(chǎn)生色斑。由于螺旋狀配置，故能緊密配置在中心部，不管電燈發(fā)光信號(hào)為何，均可作協(xié)調(diào)的驅(qū)動(dòng)。
<實(shí)施例>
下面，雖然對(duì)本申請(qǐng)的發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限于下述的實(shí)施例，現(xiàn)說明如下。
(實(shí)施例1)實(shí)施例1是以用于GaInN半導(dǎo)體的發(fā)光峰值系450nm、半寬度300nm的發(fā)光元件用來作為發(fā)光元件的例。實(shí)施例1的發(fā)光元件是在洗凈的藍(lán)寶石基板上使TMG(三甲基鎵)氣體、TMI(三甲基銦)氣體、氮?dú)饧皳诫s氣體來與載體氣體一起滾動(dòng)，以MOCVD法使氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體成膜而制造。成膜時(shí)，借助于轉(zhuǎn)換Si，H4與Cp2Mg來作為摻雜氣體，形成具有N型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體與具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體。實(shí)施例1的LED元件具備一有N型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體的接觸層、一有P型導(dǎo)電性的氮化鎵鋁作為包覆層以及一有P型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體層的接觸層，形成一由非摻雜InGaN所形成的活性層，以構(gòu)成在具有N型導(dǎo)電性的接觸層與具有P型導(dǎo)電性的包覆層之間的厚度約為3nm的單一量子阱，且在藍(lán)寶石基板上在低溫下形成氮化鎵半導(dǎo)體層來作為緩沖層。而且，P型氮化鎵半導(dǎo)體成膜后在400℃以上的溫度進(jìn)行熱焙(anneal)。
借助于蝕刻使P型與N型的各半導(dǎo)體表面露出后，再借助于濺射分別形成n側(cè)p側(cè)的各電極。在如此作成的半導(dǎo)體圓片上劃線的后，即施加外力切割成各個(gè)發(fā)光元件。
以環(huán)氧樹脂將如上所述制成的發(fā)光元件接合于鍍銀安裝引線的帽部后，即用直徑為30微米的金線分別對(duì)發(fā)光元件的各電極、安裝引線與內(nèi)引線進(jìn)行線接合而制成引線型發(fā)光二極管。
光致發(fā)光熒光體是以草酸來與一以預(yù)定化學(xué)計(jì)量比將Y、Gd、Ce等稀土元素溶解于酸的溶解液共同沉淀，鍛燒沉淀物而獲得的共同沉淀氧化物與氧化鋁混合，將作為熔劑的氟化銨混合于此混合原料，而放入坩堝中，在空氣中400℃溫度下鍛燒3小時(shí)后，使用球磨濕式粉碎、洗凈、分離、干燥后，最后通過篩子而制成。
其結(jié)果，如果光致發(fā)光熒光體為Y用約2成的Gd來置換的銦、鋁氧化物的話，則形成為(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce。且Ce的置換為0.03。
其結(jié)果，形成為(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce熒光體80重量部分與環(huán)氧樹脂100重量部分充分混合成漿料，在將此漿料注入到載裝發(fā)光元件的安裝引線的帽部?jī)?nèi)后，即在130℃溫度下硬化一小時(shí)。而后則在發(fā)光元件上形成含有120微米厚的光致發(fā)光熒光體的涂覆部。本實(shí)施例1是在涂覆部中光致發(fā)光熒光體向著發(fā)光元件逐漸增多的方式分布而構(gòu)成的。照射強(qiáng)度約為3.5W/cm2。此后即進(jìn)一步在外部應(yīng)力、水份與塵埃等方面保護(hù)發(fā)光元件與光致發(fā)光熒光體的目的下，形成透光性環(huán)氧樹脂來作為模構(gòu)件。就此點(diǎn)而言，模構(gòu)件系在炮彈型的型框中接合于引線框，將覆蓋在含光致發(fā)光熒光體的涂覆部上的發(fā)光元件插入，注入透光性環(huán)氧樹脂后，150℃下硬化5小時(shí)而形成。
要點(diǎn)是，所形成的發(fā)光二極管的自發(fā)光觀測(cè)正面的是著色成依光致發(fā)光熒光體的體色中央部分帶有黃色。
而后，所獲得的白色系列經(jīng)測(cè)定可發(fā)光的發(fā)光二極管的色度點(diǎn)、色溫度與光效性指數(shù)的結(jié)果顯示接近色度點(diǎn)(X＝0.302、Y＝0.280)、色溫度8080K、光效性指數(shù)(Ra)＝87.5的三波長(zhǎng)型熒光體的性能。且發(fā)光效率若為9.51m/w則系白色電燈的類型。而且，即使在溫度25℃60mA通電、溫度60℃90％RH的情況下20mA通電的各壽命試驗(yàn)中觀測(cè)不到熒光體所造成的變化，也可確定與一般藍(lán)色發(fā)光二極管壽命特性上并無差別。
(比較例1)除了由(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce熒光體將光致發(fā)光熒光體作成(ZnCd)S:Cu、Al外，均與實(shí)施例1一樣，形成發(fā)光二極管與進(jìn)行壽命試驗(yàn)。所形成的發(fā)光二極管通電后，馬上跟實(shí)施例1一樣，確認(rèn)出白色系列的發(fā)光，但亮度則減低。在壽命試驗(yàn)中，約100小時(shí)輸出為零。劣化原因解析結(jié)果是熒光體黑化。
根據(jù)發(fā)光元件所發(fā)出的光與附著于熒光體的水份或自外部環(huán)境進(jìn)入的水份進(jìn)行光分解而在熒光體結(jié)晶表面析出膠狀亞鉛金屬，茲認(rèn)為這是外觀上變成黑色的東西。圖13示出了將溫度25℃20mA通電、溫度60℃90％RH下的20mA通電的壽命試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)施例1的結(jié)果。亮度顯示有作為基準(zhǔn)的初期值與各個(gè)相對(duì)值。圖13中，實(shí)線表示與實(shí)施例1，而波狀線則表示比較例。
(實(shí)施例2)實(shí)施例2的發(fā)光二極管借助于在發(fā)光元件的氮化物系列化合物半導(dǎo)體的In含量比實(shí)施例1的發(fā)光元件增多，故使發(fā)光元件的發(fā)光峰值為460mm，并且光致發(fā)光熒光體的Gd含量增加也比實(shí)施例1多而作成(Y0.6Gd0.4)3Al5O12:Ce外，也與實(shí)施例1一樣制造發(fā)光二極管。
如以上所制成的發(fā)光二極管可發(fā)白色系列光，測(cè)定其色度點(diǎn)、色溫度與光效性指數(shù)，分別為，色度點(diǎn)(X＝0.375、Y＝0.370)，色溫度4400K，光效性指數(shù)(Ra)＝86.0。
圖18A、圖18B與圖18C分別表示實(shí)施例2的光致發(fā)光熒光體、發(fā)光元件與發(fā)光二極管的各發(fā)光光譜。
制造100個(gè)實(shí)施例2的發(fā)光二極管，相對(duì)于初期光度發(fā)光1000小時(shí)后調(diào)整光度。結(jié)果，以初期(壽命試驗(yàn)前)的光度為100％，歷經(jīng)1000小時(shí)后的平均光度經(jīng)確認(rèn)平均為98.8％，特性上并無差別。
(實(shí)施例3)
實(shí)施例3的發(fā)光二極管除使用在Y、Gd、Ce稀土類元素中進(jìn)一步含有Sm，一般式為(Y0.39Gd0.57Ce0.03Sm0.01)3Al5O12熒光體來作光致發(fā)光熒光體外，也與實(shí)施例1一樣來制造。制造100個(gè)發(fā)光二極管，在130℃高溫下評(píng)價(jià)結(jié)果，與實(shí)施例1的發(fā)光二極管比較，平均溫度特性到8％左右是良好的。
(實(shí)施例4)實(shí)施例4的LED顯示器實(shí)施例1的發(fā)光二極管成16×16矩陣狀排列在如圖11所示形成銅圖形的陶瓷基板上而構(gòu)成。并且，就實(shí)施例4的LED顯示器而言，排列有發(fā)光二極管的基板配置在由酚樹脂制成而使蔽光構(gòu)件505一體成形的框體504內(nèi)，并且以色料著上黑色的硅膠506充填除發(fā)光二極管的前端部外的框體、發(fā)光二極管、基板與蔽光構(gòu)件的一部分。且基板與發(fā)光二極管的連接是用自動(dòng)焊接安裝裝置來進(jìn)行焊接。
經(jīng)確認(rèn)，以具備如以上結(jié)構(gòu)的LED顯示器、即可以其作為黑白LED顯示裝置來使用，所述結(jié)構(gòu)是暫時(shí)存儲(chǔ)所輸入顯示數(shù)據(jù)的RAM、取出RAM的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而演算發(fā)光二極管成預(yù)定亮度點(diǎn)燈用的色調(diào)信號(hào)的色調(diào)控制電路以及以色調(diào)控制電路的輸出信號(hào)切換而使發(fā)光二極管點(diǎn)亮的驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置予以驅(qū)動(dòng)，即可以其作為黑白LED顯示裝置來使用。
(實(shí)施例5)實(shí)施例5的發(fā)光二極管除使用以一般式為(Y0.2Gd0.8)3Al5O12:Ce的熒光體來作為光致發(fā)光熒光體外，其他均與實(shí)施例1一樣來制造。制造100個(gè)實(shí)施例5的發(fā)光二極管來測(cè)定諸特性。
其結(jié)果，色度點(diǎn)(平均值)為(X＝0.450、Y＝0.420)而可發(fā)出電燈色的光。
圖19A、圖19B與19C分別表示實(shí)施例5的光致發(fā)光熒光體、發(fā)光元件與發(fā)光二極管的各發(fā)光光譜。
實(shí)施例5的發(fā)光二極管比實(shí)施例1的發(fā)光二極管亮度約低40％，壽命試驗(yàn)顯示與實(shí)施例1一樣具有極佳耐候性。
(實(shí)施例6)實(shí)施例6的發(fā)光二極管除使用一般式以Y3Al5O12:Ce表示的熒光體來作為光致發(fā)光熒光體外，其他均與實(shí)施例1一樣來制造。制造100個(gè)實(shí)施例6的發(fā)光二極管來測(cè)定其特性。
其結(jié)果，與實(shí)施例1比較，可發(fā)出略帶一點(diǎn)黃綠色的白色光。
圖20A、20B與20C分別表示實(shí)施例6的光致發(fā)光熒光體、發(fā)光元件與發(fā)光二極管的各發(fā)光光譜。
實(shí)施例6的發(fā)光二極管在壽命試驗(yàn)中顯示與實(shí)施例1同樣有極佳耐候性。
(實(shí)施例7)實(shí)施例7的發(fā)光二極管除使用一般式以Y3(Al0.5Ga0.5)5O12:Ce來表示的熒光體來作為光致發(fā)光熒光體外，其他均與實(shí)施例1一樣來制造。制造100個(gè)實(shí)施例7的發(fā)光二極管來測(cè)定其特性。
其結(jié)果，實(shí)施例7的發(fā)光二極管可發(fā)出亮度低而帶有一點(diǎn)綠色的白色光，并且在壽命試驗(yàn)中顯示與實(shí)施例1相同有極佳耐候性。
圖21A、圖21B與圖21C分別表示實(shí)施例7的光致發(fā)光熒光體、發(fā)光元件與發(fā)光二極管的各發(fā)光光譜。
(實(shí)施例8)實(shí)施例8的發(fā)光二極管除使用一般式以Gd3(Al0.5Ga0.5)5O12:Ce表示而不含Y的熒光體來作為光的發(fā)光熒光體外，其他均與實(shí)施例1一樣來制造。制造100個(gè)實(shí)施例8的發(fā)光二極管來測(cè)定其特性。
其結(jié)果，實(shí)施例8的發(fā)光二極管亮度低，在壽命試驗(yàn)中顯示與實(shí)施例1相同有極佳耐候性。
(實(shí)施例9)實(shí)施例9的發(fā)光二極管是具有如圖7所示結(jié)構(gòu)的面狀發(fā)光的發(fā)光裝置。
使用發(fā)光峰值為450nm的In0.05Ga0.95N半導(dǎo)體來作為發(fā)光元件。發(fā)光元件是使TMG(三甲基鎵)氣體、TMI(三甲基銦)氣體、氮?dú)馀c摻雜劑氣體與載體氣體一起流動(dòng)于洗凈的藍(lán)寶石基板上，而以MOCVD法使氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體成膜而形成。借助于將SiH4與Cp2Mg摻雜劑氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成具有N型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體與具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體而形成PN結(jié)。形成具有N型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體接觸層、具有N型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體包覆層、具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體包覆層與具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵接觸層者來作為半導(dǎo)體發(fā)光元件。在具有N型導(dǎo)電性的包覆層與具有P型導(dǎo)電性的包覆層的間形成雙異質(zhì)接合的Zn摻雜InGaN的活性層。且在藍(lán)寶石基板上低溫形成氮化鎵半導(dǎo)體而用來作為緩沖層。P型氮化物半導(dǎo)體層在成膜后在400℃以上溫度進(jìn)行烘焙。
在各半導(dǎo)體成膜后，利用蝕刻使PN各半導(dǎo)體表面露出，然后，利用濺射分別形成各電極，接著對(duì)作好的半導(dǎo)體圓片劃線，再以外力切割而形成發(fā)光元件。
以環(huán)氧樹脂將發(fā)光元件接合在具有帽部于鍍銀的銅制引線框前端的安裝引線上。分別以直徑為30微米的金線，對(duì)發(fā)光元件的各電極與安裝引線及內(nèi)引線作線接合而使其電氣導(dǎo)通。
模構(gòu)件是在將炮彈型的型框中配置有發(fā)光元件的引線框插入而混入透光性環(huán)氧樹脂后，在150℃下壓5小時(shí)予以硬化而形成藍(lán)色系列發(fā)光二極管。將藍(lán)色光二極管連接于整個(gè)端面研磨過的丙烯基導(dǎo)光板的一端面，丙烯基板的板面與側(cè)面若作為白色反射構(gòu)件則以分散于丙烯基系列粘合劑中的鈦酸鋇來網(wǎng)印并硬化。
光致發(fā)光熒光體按化學(xué)計(jì)量比，將綠色系與紅色系分別所需的Y、Gd、Ce、La稀土類元素溶解于酸中，而使草酸與此溶解液共同沉淀。將烘焙而得的氧化物與氧化鋁、氧化鎵混合而分別獲得混合原料。將作為助熔劑的氟化銨混合于此等原料而放入坩堝中，在空氣中1400℃溫度范圍內(nèi)烘焙3小時(shí)而得烘焙品。在水中分別球磨烘焙品、洗凈、分離、干燥，最后通過篩子形成。
將如以上所制成一般式為Y3(Al0.6Ga0.4)5O12:Ce而可發(fā)綠色光的第1熒光體的120重量、按同樣方式制成一般式為(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ce而可發(fā)紅色光的第2熒光體的100重量部分、與環(huán)氧樹脂的100重量部分充份混合成為漿料，使用多重涂覆器在0.5毫米厚的丙烯基層上將此漿料均勻涂布、干燥來形成30微米厚的作為色變換構(gòu)件的熒光膜。將熒光體層切成與導(dǎo)光板的主發(fā)光面同樣大小，而配置在導(dǎo)光面上，由此作成面狀發(fā)光裝置。如上所制成的發(fā)光裝置其色度點(diǎn)與光效性指數(shù)經(jīng)測(cè)定結(jié)果顯示，色度點(diǎn)(X＝0.29，Y＝0.34)，光效性指數(shù)(Ra)92.0，具有接近三波長(zhǎng)型熒光燈的性能。且發(fā)光效率若為121m/w，即屬白色電燈的類型。此外，若作耐候性試驗(yàn)，也無法在室溫60mA通電、60℃90％RH下20mA通電的各試驗(yàn)中觀測(cè)到熒光體所造成的變化。
(比較例2)除了分別使用二萘嵌苯系列銹導(dǎo)體的綠色有機(jī)熒光體(SINLOIHI化學(xué)制FA-001)與紅色有機(jī)熒光顏料(SINLOIHI化學(xué)制FA一005)代換實(shí)施例9中一般式以Y3(Al0.6Ga0.4)5O12:Ce表示的可發(fā)綠色系列光的第1熒光體與一般以(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ce表示的可發(fā)紅色系光的第2熒光體而同量混合攪拌外，與實(shí)施例9相同制造發(fā)光二極管，并與實(shí)施例9相同進(jìn)行耐候試驗(yàn)。所制造比較例1發(fā)光二極管的色度點(diǎn)為(X＝0.34，Y＝0.35)。若是耐候性試驗(yàn)，則測(cè)定大約等于太陽光一年份的200小時(shí)碳電弧紫外線下隨著時(shí)間的亮度保持率與色調(diào)。此結(jié)果與實(shí)施例9分別表示于圖14與圖15中。由圖14、15可知，在各試驗(yàn)中，實(shí)施例9劣化較比較例2少。
(實(shí)施例10)實(shí)施例10的發(fā)光二極管為引線型發(fā)光二極管。
實(shí)施例10的發(fā)光二極管與實(shí)施例9相同使用，具有制成450nm的In0.05Ga0.95的發(fā)光的發(fā)光元件。以環(huán)氧樹脂將發(fā)光元件接合于鍍銀的銅制安裝引線前端的帽部上，然后由金線接合使發(fā)光元件的各電極與安裝引線即內(nèi)引線電氣導(dǎo)通。
另一方面，光致發(fā)光熒光體分別如以下混合使用一般式以Y3(A10.5Ga0.5)5OCe:Ce來表示的可發(fā)綠色系光的第1熒光體與一般式以(Y0.2Gd0.8)3Al5O12:Ce來表示的可發(fā)紅色系光的第2熒光體。即，用草酸以化學(xué)計(jì)量比，使必要的Y、Gd、Ce稀土類元素溶解于酸的溶解液共同沉淀。若將其烘焙而得的共沉氧化物，則混合氧化鋁、氧化鎵而分別獲得混合原料?；旌献鳛槿蹌┑姆@而放入坩堝中。在空氣中1400℃溫度范圍內(nèi)烘焙而分別制得烘焙品。在水中球磨烘焙品、洗凈、分離、干燥，最后通過篩子，而制成預(yù)定粒度的第1與第2熒光體。
將以上所制成的第1熒光體與第2熒光體的分別的40重量部分與環(huán)氧樹脂的100重量混合成漿料，將此漿粒注入配置有發(fā)光元件的安裝引線上的帽部。注入后，即將含有所注入光致發(fā)光熒光體的光致發(fā)光熒光體以130℃壓1小時(shí)硬化。而后在發(fā)光元件上形成含有厚度為120μ的光致發(fā)光熒光體的涂覆構(gòu)件。并且，所述涂覆構(gòu)件以在接近發(fā)光元件處徐徐增加光致發(fā)光熒光體量的方式形成。然后，則進(jìn)一步在保護(hù)發(fā)光元件與光致發(fā)光致發(fā)光熒光體使其免于外部壓力、水份與塵埃的目的下形成作為模構(gòu)件的透光性環(huán)氧樹脂。模構(gòu)件是在插入炮彈型型框中形成有光致發(fā)光熒光體的涂覆部的引線框而混入環(huán)氧樹脂后，以150℃壓5小時(shí)予以硬化。如此制成的實(shí)施例10自發(fā)光觀測(cè)正面看的，中央部分是按光致發(fā)光熒光體色著色成略帶黃色。
如上所制成的實(shí)施例2的色度點(diǎn)、色溫度、光效性指數(shù)經(jīng)測(cè)定結(jié)果，色度粘為(X＝0.32，Y＝0.34)，光效性指數(shù)為(Ra)＝89.0，發(fā)光效率為101m/w。且若進(jìn)一步作耐候試驗(yàn)，即使在室溫60mA通電、室溫20mA通電、60℃90％RH下20mA通電的各試驗(yàn)中也觀測(cè)不到光致發(fā)光熒光體所引起的變化，可確認(rèn)與一般的藍(lán)色系列發(fā)光二極管在壽命特性上并無差別。
(實(shí)施例11)使用發(fā)光峰值為470nm的In0.4Ga0.6N半導(dǎo)體來作為L(zhǎng)ED元件。發(fā)光元件是使TMG(三甲基鎵)氣體、TMI(三甲基銦)氣體、氮?dú)馀c攙雜氣體在洗凈的藍(lán)寶石基板上流動(dòng)，而借助于MOCVD法使氮化鎵系列化合物半導(dǎo)體成膜而制成。借助于替換作為摻雜氣的SiH4與Cp2Mg形成具有N型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體與具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體，從而形成PN結(jié)。形成是具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵鋁半導(dǎo)體的包覆層和是具有P型導(dǎo)電性的氮化鎵半導(dǎo)體的接觸層來作為L(zhǎng)ED元件。借助于在具有N型導(dǎo)電性的接觸層與具有P型導(dǎo)電性的包覆層之間形成3nm的非摻雜InGaN的活性層來形成單一井結(jié)構(gòu)。并在藍(lán)寶石基板上低溫形成氮化鎵半導(dǎo)體作為緩沖層。
如上形成各層后，利用蝕刻使PN各半導(dǎo)休表面露出，利用噴濺形成p側(cè)與n側(cè)的各電極。而后，將作好的半導(dǎo)體圓片劃線，利用外力切割而形成發(fā)光元件。
使用環(huán)氧樹脂將所述發(fā)光元件接合于鍍銀的銅制安裝引線的帽部。分別以直徑30微米的金線使發(fā)光元件的各電極與安裝引線與內(nèi)引線實(shí)現(xiàn)線接合而電氣導(dǎo)通。
模構(gòu)件是在將炮彈型型框中配置有發(fā)光元件的引線框插入并混入透光性環(huán)氧樹脂后，以150℃壓5小時(shí)予以硬化而形成藍(lán)色系列發(fā)光二極管，將藍(lán)色系列發(fā)光二極管連接于整個(gè)端面經(jīng)研磨的丙烯基導(dǎo)光板的一端面。丙烯基板的板面與側(cè)面將分散于丙烯基系列粘合劑中的作為白色反射構(gòu)件的鈦酸鋇網(wǎng)印并硬化而形成膜狀。
另一方面，光致發(fā)光熒光體以后述方式制造并混合，使用一般式以(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce表示而可發(fā)較短波側(cè)的黃色系列光的熒光體與一般式以(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ce表示可發(fā)較長(zhǎng)波側(cè)的黃色系列光的熒光體。這種熒光體以草酸使按化學(xué)計(jì)量比將各個(gè)必要的Y、Gd、Ce稀土類元素溶于酸中的溶解液共同沉淀。若將其烘焙而制得的其沉氧化物，則混合氧化鋁而制得混合原料。混合作為助熔劑的氟化鋁而放入坩堝內(nèi)，在空氣中1400℃溫度范圍壓清洗3小時(shí)烘焙而制得烘焙品。在水中分別球磨烘焙品、洗凈、分離，最后通過篩子而制成。
將以上方式所制成較短波長(zhǎng)側(cè)黃色系列熒光體100重量、較長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)黃色系列熒光體100重量與丙烯基樹脂1000重量混合壓出成形，形成180微米厚的作為色變換構(gòu)件用的熒光體膜。將熒光體膜切割成與導(dǎo)光板主發(fā)光面同樣大小而配置在導(dǎo)光板上以制成發(fā)光裝置。用這種方式所制成實(shí)施例3的發(fā)光裝置其色度點(diǎn)、光效性指數(shù)經(jīng)測(cè)定結(jié)構(gòu)顯示，色度點(diǎn)為(X＝0.33，Y＝0.34)，光效性指數(shù)為(Ra)＝88.0，而發(fā)光效率則為101m/w。
圖22A、圖22B和圖22C分別表示實(shí)施例11所用一般式以(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce表示的熒光體、一般以(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce表示的熒光體與發(fā)光元件的各發(fā)光光譜。圖23表示實(shí)施例11發(fā)光二極管的發(fā)光光譜。進(jìn)一步作耐候試驗(yàn)，即在室溫60mA通電、室溫20mA通電、60℃90％RH下20mA通電的各試驗(yàn)中，也觀測(cè)不到起因于熒光體的變化。同樣地，即使來自發(fā)光元件的波長(zhǎng)有所變化，也可借助于對(duì)所述熒光體的含量作種種變化來維持所欲色度點(diǎn)。
(實(shí)施例12)實(shí)施例12的發(fā)光二極管除使用一般式以Y3In5O12:Ce來表示而不含鋁的熒光體來作為光致發(fā)光熒光體外，也與實(shí)施例1相同，制造100個(gè)這樣的發(fā)光二極管。實(shí)施例9的發(fā)光二極管在亮度低的壽命試驗(yàn)中顯示與實(shí)施例1同樣優(yōu)異的耐候性。
(工業(yè)實(shí)用性)如以上說明所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管可發(fā)出具有所要顏色的光，即使長(zhǎng)時(shí)間高亮度使用發(fā)光效率也極少劣化，且耐候性極佳。因此，不限于一般電子設(shè)備，也可作需要，高可靠度的車載用、航空產(chǎn)業(yè)用、港內(nèi)浮標(biāo)顯示用及高速公路標(biāo)識(shí)照明等的屋外顯示與照明，并能開發(fā)其新的用途。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，具備LED芯片，其采用量子阱結(jié)構(gòu)，并且發(fā)光層由含有In的氮化鎵類半導(dǎo)體構(gòu)成，在420～490nm的范圍內(nèi)具有光譜的峰值；配置在所述LED芯片附近的透光性樹脂；和在所述透光性樹脂中所含有的光致發(fā)光的熒光體；其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體吸收一部分所述LED芯片的藍(lán)色發(fā)光，能夠發(fā)出在530～570nm內(nèi)具有峰值并至少擴(kuò)展到700nm為止的發(fā)光光譜，采用石榴石結(jié)構(gòu)，并且含有鈰，從所述LED芯片發(fā)出、但不被所述光致發(fā)光的熒光體吸收而通過的光的發(fā)光光譜，與從所述光致發(fā)光的熒光體發(fā)出的光的發(fā)光光譜互相重合，通過兩光譜的混合，從而能夠發(fā)出白色系的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透光性樹脂包含從環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、硅酮樹脂中選擇的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述透光性樹脂中含有從鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化硅中選擇的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，在所述透光性樹脂中所含有的光致發(fā)光的熒光體，其分布濃度從透光性樹脂的表面?zhèn)认蛩鯨ED芯片變高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述LED芯片及所述透光性樹脂用由從環(huán)氧樹脂、尿素樹脂、硅酮樹脂組成的群中選擇出的一種構(gòu)成的部件保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述LED芯片及所述透光性樹脂用由玻璃構(gòu)成的部件保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的發(fā)光二極管，其特征在于，保護(hù)所述LED芯片及所述透光性樹脂的部件包含擴(kuò)散劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體，體色為黃色。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～6、8中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體，作為稀土類元素，包含從Y、Lu、Sc、La、Gd及Sm組成的群中選擇出的至少一種元素而構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體，作為稀土類元素，包含從Y、Gd、Sm組成的群中選擇出的至少一種元素而構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體，作為稀土類元素，包含Y與Gd。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體包含從Al、Ga及In組成的群中選擇的至少一種元素而構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體包含Al及/或Ga而構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體包含Al而構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述光致發(fā)光的熒光體包含Y與Al而構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述LED芯片上連接有直徑為10μm以上、45μm以下的導(dǎo)電性引線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1～6、8中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述LED芯片在450～475nm范圍內(nèi)具有發(fā)光光譜的峰值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光裝置，包括一發(fā)光元件和一熒光體，所述的熒光體吸收所述的發(fā)光元件發(fā)出的一部分光而發(fā)出與所吸收的光的波長(zhǎng)不同的光；其特征在于，所述的發(fā)光裝置的發(fā)光顏色位于由對(duì)應(yīng)于所述的發(fā)光元件所產(chǎn)生的光譜的峰值的色度點(diǎn)和由對(duì)應(yīng)于所述的熒光體所產(chǎn)生的光譜的峰值的色度點(diǎn)所連接的直線沿著在色度圖中的黑體輻射軌跡。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1893132SQ20061009583
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期1997年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月29日
發(fā)明者清水義則, 阪野顕正, 野口泰延, 森口敏生 申請(qǐng)人:日亞化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社