|
頁 |
第1章 技術の概要 |
1 |
1.1 発光素子に用いられる材料 |
1 |
1.2 発光ダイオード開発の経緯 |
3 |
1.3 LEDの市場 |
5 |
1.4 LEDの用途展開 |
7 |
第2章 LEDデバイスの開発動向 |
9 |
2.1 はじめに |
9 |
2.2 LEDの発光原理 |
10 |
2.3 LEDの特徴と性能 |
10 |
2.4 可視LED |
14 |
2.4.1 赤色LED |
17 |
2.4.2 緑色LED |
17 |
(1) はじめに |
17 |
(2) ピエゾ電界の影響の低減 |
18 |
(3) 半極性や無極性基板を利用した緑色LED |
19 |
A.半極性面バルクGaN基板上へのLEDの形成 京都大学、日亜化学工業 |
19 |
B.半極性面の(1013)面を利用した緑色LEDの試作 UCSB、筑波大学、
東京理科大学 |
21 |
C.非極性面を利用したLEDの試作 ローム |
22 |
D.非極性面上へのLEDの作製 名城大学 |
22 |
E.無極性面上に作製したLEDの問題点 |
24 |
(4) ZnTe緑色LED 佐賀大学ほか |
24 |
(5) BeZnSeTe緑色 LED |
27 |
2.4.3 青色LED |
28 |
(1) 青色LEDの高輝度化・高出力化 日亜化学工業 |
29 |
(2) ケミカル・リフトオフ・プロセス 東北大学 |
30 |
(3) 縦型発光ダイオード |
34 |
(4) β-Ga2O3基板上に形成したGaN系薄膜による縦型LEDの試作 早稲田大学 |
34 |
(5) Si基板上へのGaN系LEDの形成 |
35 |
(6) GaN系LED「Siブルー」 サンケン電気、名古屋大学 |
35 |
(7) Si基板上へのInGaN量子井戸構造の形成 名古屋工業大学 |
38 |
(8) Al0.82In0.18N/GaNを有するSi基板上GaInN
LED 名古屋工業大学 |
40 |
2.5 近紫外・紫外LED |
43 |
2.5.1 開発動向 |
43 |
2.5.2 紫外LEDの用途 |
44 |
2.5.3 紫外LEDの種類と効率 |
45 |
(1) InGaN系紫外LED |
46 |
(2) AlGaN系紫外LED |
46 |
(3) AlInGaN紫外線LED |
49 |
A.AlInGaN紫外LED ナイトライド・セミコンダクター、徳島大学 |
50 |
B.低転位GaN基板を用いたInAlGaN
4元混晶紫外LED 住友電気工業、
理化学研究所 |
52 |
(4) AlN深紫外LED |
56 |
2.6 酸化亜鉛LED |
57 |
2.6.1 酸化亜鉛LEDの特徴 |
57 |
2.6.2 酸化亜鉛の励起子発光 |
58 |
2.6.3 酸化亜鉛ホモ接合発光ダイオード 東北大学金属材料研究所 |
59 |
2.6.4 ZnO
LEDとGaN系LEDの比較 |
61 |
2.7 GaN系LEDの高効率化技術 |
62 |
2.7.1 内部発光効率の向上 |
62 |
(1) 青色LEDおよび緑色LED高輝度発光の要因解析 |
62 |
(2) 結晶成長技術 |
63 |
(3) 低転位化のためのLED構造 |
64 |
2.7.2 光取り出し効率の向上 |
65 |
(1) 界面反射ロス |
65 |
(2) 電極材料 |
66 |
(3) フリップチップ構造 |
67 |
2.7.3 その他の高効率化技術 |
69 |
(1) 大電流化と放熱性の向上 |
69 |
(2) 蛍光体堆積法 |
70 |
(3) 蛍光体の開発 |
70 |
(4) フォトニック結晶の応用 |
71 |
2.8 LEDパッケージ |
71 |
2.8.1 砲弾型構造 |
72 |
2.8.2 表面実装型構造 |
73 |
2.9 LED素子の接続方法 |
79 |
2.9.1 LEDチップ接合剤の役割 |
80 |
2.9.2 フリップチップ型LED |
81 |
2.9.3 接合材質の種類による白色LEDの出力、外部量子効率および
放熱性に与える影響 |
82 |
2.10 LED用樹脂基板 |
85 |
2.11 放熱性の向上 |
87 |
2.11.1 接合と熱抵抗 |
88 |
2.11.2 金属リードフレームによるパワーLEDの放熱技術 |
89 |
2.11.3 銅条材料の利用 |
91 |
2.11.4 表面実装型での放熱 |
92 |
2.11.5 高放熱性基板 |
93 |
2.11.6 熱拡散シート |
98 |
2.11.7 放熱性と作業性を改善したバックライトの新構造 |
99 |
2.12 企業および研究機関の開発事例 |
100 |
2.12.1 フォトニック結晶を用いた青色LEDの効率化 松下電器産業 |
100 |
2.12.2 高輝度GaN系緑色LEDチップ 昭和電工 |
103 |
2.12.3 ナノコラム構造を有する高輝度LED 上智大学 |
103 |
2.12.4 ZnO透明電極LED ローム |
106 |
2.12.5 O2PERA構造SMD-LED ハリソン東芝ライティング |
108 |
2.12.6 保護素子内蔵1チップSiブルーLED サンケン電気 |
110 |
2.12.7 Si基板上のGaN系LEDの応用展開 サンケン電気 |
112 |
2.12.8 Si基板上への青色LEDの作製 紫明半導体 |
113 |
2.12.9 0.2mmと極めて薄い1006サイズLEDの製品化 ローム |
114 |
2.12.10 波長365nmの超高出力紫外LED 日亜化学工業 |
116 |
2.12.11 Gaドロップレット層を用いたAlInGaN組成不均一形成技術
ナイトライド・セミコンダクター |
119 |
2.12.12 GaN量子ドットLED 北海道大学電子科学研究所 |
120 |
2.12.13 LEPS法を用いた高出力紫外LED 三菱電線工業 |
123 |
2.12.14 最短波長深紫外LEDの開発 理化学研究所、埼玉大学 |
125 |
2.12.15 高耐熱白色積層板「CS-3965H」 利昌工業 |
126 |
2.12.16 ビアホールを有するセラミック基板 トクヤマ |
127 |
2.12.17 AGSP基板 ダイワ工業 |
128 |
2.12.18 ソルダー・レジストによるプリント基板の放熱対策 太陽インキ製造 |
129 |
2.12.19 カーボン製熱拡散シートを用いた放熱基板 ユーアイ電子 |
129 |
2.12.20 高熱伝導率粘着テープ「エレサーマル」 電気化学工業 |
130 |
引用文献 |
130 |
第3章 白色LEDの開発動向 |
133 |
3.1 光の三原色 |
133 |
3.2 白色LEDの特徴 |
134 |
3.3 白色LED技術の現状 |
137 |
3.3.1 白色LEDの実現方法 |
137 |
(1) GaN系青色LED+YAG蛍光体 |
138 |
(2) 窒化物蛍光体を用いた新規白色LED |
143 |
(3) 三原色LED(青色LED+緑色LED+赤色LED) |
147 |
(4) 近紫外LED+蛍光体 |
147 |
(5) 白色LEDの特性比較 |
153 |
(6) その他の白色LED |
154 |
A.OYGB分離型白色LED |
154 |
B.ZnSe白色LED |
156 |
C.レーザダイオード励起白色LED |
158 |
3.3.2 GaN系白色LEDの高効率化 |
163 |
(1) 高効率白色LED |
163 |
(2) 白色LEDの課題 |
166 |
3.3.3 日亜化学工業の国内特許網の形成 |
167 |
3.4 白色LED照明器具 |
168 |
3.5 白色LEDのロードマップ |
172 |
3.6 白色LED用封止樹脂 |
173 |
3.7 LED照明への各社の取り組み |
173 |
3.8 企業および研究機関の開発事例 |
179 |
3.8.1 光束1500lm、輝度100Mcd/m2の白色LEDの試作 米Philips
Lumileds社 |
179 |
3.8.2 光束1000lm超の白色LED「OSTAR
Lighting」
独OSRAMOpto Semiconductors社 |
179 |
3.8.3 輝度を20%高めた暖白色LEDの量産 米Cree社 |
180 |
3.8.4 発光効率150lm/Wの白色LED開発 日亜化学工業 |
180 |
3.8.5 白色LEDで、世界TOPクラスの光束を実現IDECオプトデバイス |
181 |
3.8.6 多用途対応型照明用白色パワーLEDランプ「CL-L100 シリーズ」
シチズン電子 |
181 |
3.8.7 620lmのLEDヘッドランプ・モジュール 独OSRAM
Opto社 |
182 |
3.8.8 白色LEDを用いたヘッドランプの開発 独Hella社 |
183 |
3.8.9 GaN基板を採用した最高出力の白色パワーLED 松下電器産業 |
183 |
3.8.10 高演色性
ハイパワー白色LEDランプ 豊田合成 |
185 |
3.8.11 TAG系蛍光体を用いた白色LED 台湾Everlight
Electronics |
186 |
3.8.12 ポリマーシート蛍光体を使った白色LED Cyberlux社 |
186 |
3.8.13 蛍光体を使わない2波長の発光白色LED オプトリンク |
187 |
3.8.14 高効率1001m/WのCu合金基板による白色LED
ナノテコ、米SemiLEDs社 |
187 |
3.8.15 業界最高水準の照度の白色LEDモジュール 松下電工 |
188 |
3.8.16 高光束でコンパクトな白色LED光源「LUGA」 松下電器産業 |
189 |
3.8.17 2W駆動で60lmの照明用白色LEDランプ 東芝 |
191 |
引用文献 |
191 |
第4章 LEDに用いられる材料 |
193 |
4.1 LED発光層に用いられる材料 |
193 |
4.1.1 ワイドギャップ半導体 |
194 |
(1) III-V族半導体 |
195 |
(2) II-VI族半導体 |
200 |
(3) SiC |
202 |
4.1.2 その他の半導体 |
203 |
(1) シリコン |
203 |
(2) シリコン半導体のナノ薄膜の発光現象 日立製作所 |
203 |
4.2 透明導電性酸化物 |
204 |
4.2.1 透明導電材料ITOの利用 |
204 |
4.2.2 ZnOのLED電極への利用 |
205 |
4.2.3 酸化ガリウム |
206 |
4.3 固体照明用蛍光体の開発動向 |
206 |
4.3.1 LEDに用いられる蛍光体の種類 |
206 |
(1) 青色LED+蛍光体 |
207 |
(2) 近紫外LED+蛍光体 |
208 |
4.3.2 蛍光体に要求される特性 |
209 |
4.3.3 蛍光体開発の現状(励起光源別) |
209 |
(1) 青色LEDを励起光源とする黄色蛍光体 |
209 |
(2) 青色LEDを励起光源とする緑色蛍光体 |
211 |
(3) 青色LEDを励起光源とする赤色蛍光体 |
213 |
(4) 近紫外LEDを励起光源とする青色蛍光体(JEM相) |
215 |
4.3.4 励起・発光方式による固体照明用蛍光体の分類 |
217 |
(1) 発光中心を直接励起・発光 |
217 |
(2) イオン間のエネルギー伝達を利用 |
222 |
4.3.5 新規蛍光体の研究開発 |
223 |
(1) 窒化物・酸窒化物蛍光体 |
223 |
(2) 有機系蛍光体、錯体系蛍光体 |
224 |
(3) 直接励起型赤色蛍光体 |
224 |
(4) その他の新規蛍光体 |
226 |
4.3.6 白色LED用蛍光体、紫外発光蛍光体の展開 |
227 |
(1) 赤色長残光蛍光体としての可能性 |
227 |
(2) 紫外発光蛍光体の応用 |
227 |
4.3.7 蛍光体微粒子 |
228 |
(1) バルク蛍光体の問題点 |
228 |
(2) ナノ粒子と粒子形態制御技術 |
228 |
(3) ナノ蛍光体 |
229 |
(4) 希土類含有ナノクラスターを用いた有機−無機ナノ複合材料 KRI |
230 |
4.3.8 企業および研究機関の開発事例 |
235 |
(1) 可視光励起赤色蛍光体CaAlSiN3の合成 物質・材料研究機構物質研究所 |
235 |
(2) ナノ粒子YAG蛍光体の開発 日東電工テクニカルコーポレーション |
235 |
(3) 新規希土類錯体蛍光体 東芝 |
236 |
(4) InGaN系発光素子励起によるSmドープ赤色蛍光体 シャープ |
237 |
(5) 近紫外LED向けに最初から混合された白色蛍光体 三井金属 |
238 |
(6) CdSe量子ドット 米Vanderbilt大学 |
238 |
4.4 LED用樹脂封止材 |
239 |
4.4.1 LEDの封止方法 |
240 |
4.4.2 LED封止材の種類と特徴 |
240 |
4.4.3 樹脂封止材への要求特性 |
241 |
4.4.4 エポキシ樹脂 |
242 |
(1) 樹脂封止材の劣化とその改善 |
243 |
(2) 脂環エポキシ樹脂 |
245 |
(3) エポキシ樹脂の性能の向上 |
248 |
4.4.5 シリコーン樹脂 |
255 |
(1) シリコーン樹脂の種類と特徴 |
255 |
(2) シリコーン封止材 |
257 |
A.シリコーンゴム封止材 |
259 |
B.高硬度シリコーン封止材 |
260 |
C.高出力LED/紫外LED用封止材 |
261 |
D.シリコーン・ダイボンド剤 |
263 |
(3) シリコーン封止樹脂の課題 |
264 |
4.4.6 可塑性樹脂 |
264 |
4.4.7 新しい封止樹脂 |
266 |
4.4.8 樹脂封止の方法 |
267 |
4.4.9 企業および研究機関の開発事例 |
268 |
(1) 水素添加エポキシ樹脂による紫外LED用封止材 スタンレー電気 |
268 |
(2) シルセスキオキサン骨格エポキシ樹脂封止材 ナガセケムテックス |
272 |
(3) 真空印刷を用いたLED封止システム サンユレック |
277 |
引用文献 |
280 |
第5章 結晶成長 |
283 |
5.1 バルク結晶成長 |
283 |
5.1.1 窒化ガリウム(GaN) |
283 |
(1) バルク結晶成長法の種類と特徴 |
283 |
(2) HVPE(Hydride Vapor
Phase Epitaxy)法 |
284 |
A.基板からのGaN膜の剥離法 |
285 |
B.転位密度の低減法 |
291 |
(3) 融液成長法 |
301 |
(4) 溶液成長法 |
301 |
5.1.2 窒化アルミニウム(AlN)バルク単結晶成長 |
308 |
(1) 昇華法によるAlN単結晶成長 科学技術振興機構 |
309 |
(2) 昇華法によるSiC基板上でのAlN単結晶成長 住友電気工業 |
309 |
5.1.3 酸化亜鉛(ZnO)バルク結晶成長 |
312 |
5.1.4 酸化ガリウム(β-Ga2O3)バルク単結晶成長 |
313 |
5.1.5 企業および研究機関の開発事例 |
316 |
(1) 格子歪みの無いGaN自立基板の作製 東北大学 |
316 |
(2) 大口径GaNバルク単結晶の量産技術
ソルボサーマル結晶成長技術研究組合 |
319 |
(3) 圧力制御溶液成長法によるGaNバルク単結晶の育成 ジャパンエナジー、
山口大学工学部 |
320 |
(4) Naフラックスを用いたGaNの結晶成長 リコー、東北大学 |
323 |
(5) 単結晶AlN膜の新製法 日本ガイシ、三重大工学部 |
325 |
(6) 改良昇華法による窒化アルミニウム(AlN)単結晶成長
科学技術振興機構 |
325 |
(7) 2インチAlN基板の開発 米Crystal
IS社 |
327 |
5.2 エピタキシャル結晶成長 |
327 |
5.2.1 エピタキシャル結晶の成長モード |
329 |
5.2.2 エピタキシャル成長の方法 |
329 |
5.2.3 窒化物半導体のエピタキシャル結晶成長 |
332 |
5.2.4 各種基板へのGaNの結晶成長 |
333 |
(1) サファイア基板上へのGaN結晶成長 |
334 |
(2) SiC基板上へのGaN結晶成長 |
335 |
(3) GaN基板上へのGaN結晶成長 |
335 |
(4) ZnO基板上へのGaN結晶成長 |
335 |
(5) ZrB2基板上へのGaN結晶成長 |
336 |
(6) β-Ga2O3基板上でのGaN系薄膜の結晶成長 |
337 |
(7) Si基板上へのGaNの成長 |
338 |
5.2.5 半極性、無極性基板の利用 |
341 |
5.2.6 GaNにおける欠陥密度の低減技術 |
346 |
5.2.7 AlGaNの結晶成長 |
349 |
5.2.8 AlNの結晶成長 |
352 |
(1) NTT物性科学基礎研究所の取り組み |
352 |
(2) アンモニアパルス供給多層成長法 理化学研究所、埼玉大学 |
353 |
5.2.9 ZnOエピタキシャル結晶成長 |
355 |
(1) ScAlMgO4単結晶基板 |
355 |
(2) ZnO薄膜の電導性制御 |
357 |
(3) 欠陥のないZnO結晶の作製 東北大学 |
357 |
(4) 酸化亜鉛のp型化技術 東北大学 |
358 |
5.2.10 企業および研究機関の開発事例 |
359 |
(1) GaNナノコラム結晶 上智大学 |
359 |
(2) ZnO基板上での無極性GaNの結晶成長 東京大学、 神奈川科学技術アカデミー、三菱化学 |
360 |
(3) ZnO基板上への液相エピタキシャル法によるZnO結晶成長
東北大学多元物質科学研究所 |
361 |
(4) MOCVD法によるZnO薄膜成長 島根大学 |
362 |
(5) プラズマを使用したZnOの生成 岩手大学 |
362 |
(6) Mg添加により紫外線を高効率発光するZnOの開発 産業技術総合研究所 |
362 |
引用文献 |
364 |
第6章 応用分野の動向 |
367 |
6.1 照明分野 |
367 |
6.2 ディスプレイ分野 |
383 |
6.2.1 屋外大型ディスプレイ |
386 |
6.2.2 パチンコ店舗におけるカラーLEDの導入 |
388 |
6.3 携帯電話用フラッシュ光源 |
389 |
6.4 液晶バックライト分野 |
390 |
6.4.1 携帯電話用バックライト |
391 |
6.4.2 車載機器用バックライト |
392 |
6.4.3 液晶テレビ用バックライト |
392 |
6.5 道路交通分野 |
399 |
6.5.1 交通信号灯 |
399 |
6.5.2 その他 |
400 |
6.6 移動体分野 |
401 |
6.6.1 自動車 |
401 |
(1) 内装ランプへのLEDの適用 |
401 |
(2) 外装ランプへのLEDの適用 |
403 |
(3) ヘッドランプへのLEDの適用 |
404 |
(4) その他 |
411 |
6.6.2 鉄道車両 |
411 |
6.6.3 航空機 |
414 |
6.7 その他の分野 |
418 |
6.7.1 画像処理用照明 |
418 |
6.7.2 植物栽培用照明 |
418 |
6.7.3 プリントヘッド |
421 |
6.7.4 可視光通信 |
422 |
(1) 国内規格 電子情報技術産業協会 |
423 |
(2) 青色LED素子によるPDA端末への送信 松下電工 |
423 |
(3) 送信モジュール搭載のスポットライトLED型照明器具 東芝 |
424 |
6.8 企業および研究機関の開発事例 |
424 |
6.8.1 バックライトシステム「トリルミナス」
ソニー |
424 |
6.8.2 拡散シート不要のLCDバックライト オムロン |
425 |
6.8.3 25mmと薄型化した直下型LEDバックライト オムロン、多摩ファインオプト |
429 |
6.8.4 LEDヘッドランプの開発 小糸製作所 |
430 |
6.8.5 LED照明器具で国内照明業界最高の明るさと、長寿命、省エネを
実現した「LEDベースダウンライト」 松下電工 |
431 |
6.8.6 LED搭載屋外照明灯 シャープ |
432 |
6.8.7 フルカラー256階調制御可能な積層型LED光源 岩崎情報機器 |
433 |
6.8.8 1枚のガラスに薄膜太陽電池とLEDを組み込んだ「ルミウォール」 シャープ |
436 |
6.8.9 形状を変えられるLED 米Avago
Technologies社 |
439 |
6.8.10 LEDを用いた大型電飾ボードの開発
東京都立産業技術センター、アートレーザー技研 |
439 |
6.8.11 プリントヘッドでのLEDアレイと駆動ICの集積化技術の開発 沖電気工業、沖データ |
440 |
6.8.12 繊維状の発光ダイオードの開発 蘭フィリップス社 |
444 |
引用文献 |
444 |
|
|
付属資料(国内公開特許) |
|
1.デバイスに関する出願(61件) |
|
2.製造方法に関する出願(35件) |
|
3.パッケージに関する出願(26件) |
|
4.白色LEDに関する出願(10件) |
|
5.照明に関する出願(9件) |
|
6.バックライト光源に関する出願(5件) |
|
7.蛍光体に関する出願(8件) |
|
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