JP2001148516A - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

発光ダイオード及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留まり良く、収束した色調を有し且つ光度
の高い色変換型発光ダイオードと提供する。 【解決手段】 発光層が窒化物系化合物半導体からなる
発光素子と、発光素子によって発光された波長の少なく
とも一部を吸収して異なる波長を発光する蛍光体を含有
する樹脂部材とを有する発光ダイオードにおいて、前記
蛍光体が平均粒径が3μm〜50μmの凝集体を構成す
るように、蛍光体含有の液状樹脂に予め湿式分散処理を
施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LEDディスプレ
イ、バックライト光源、表示器、信号機、照光式スイッ
チ及び各種インジケータなどに利用される発光ダイオー
ド及びその製造方法に係り、特にLEDチップからの発
光を波長変換して発光可能な蛍光物質を有する発光装置
に関する。
【0002】
【従来技術】発光装置である発光ダイオード(以下、L
EDとも呼ぶ。)は、小型で効率が良く鮮やかな色の発
光が可能である。また、半導体素子であるため球切れが
なく、初期駆動特性及び耐震性に優れ、さらにON/O
FF点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。そのた
め、各種インジケータや種々の光源として広く利用され
ている。しかしながら、LEDは優れた単色性のピーク
波長を有するが故に白色系などの発光波長を発光するこ
とが難しい。
【0003】そこで近年、発光素子によって発光された
光が蛍光体によって色変換されて出力される発光ダイオ
ードが用いられている。この発光ダイオードは、1種類
の発光素子を用いて白色系など他の発光色を発光させる
ことができる。
【0004】上述の発光ダイオードは、例えば、青色系
の発光が可能な発光素子を、該発光素子からの光を吸収
して黄色系の光を発光する蛍光体を含有する樹脂によっ
てモールドすることにより、これらの混色による白色系
の光が発光可能な発光ダイオードを形成することができ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに形成された発光ダイオード間において、著しい発光
色のムラが観測される。
【0006】白色系発光ダイオードが屋内用のディスプ
レイや照明に利用され、より色調が厳格に求められる現
在では、これらのバラツキは大きな問題となっている。
【0007】一方、定電力下において発光のバラツキが
極めて少ない白色系発光ダイオードを選択してLED表
示器などを構成させることもできるが、歩留まりが極め
て悪いものとなる。
【0008】そこで、本発明は、上記問題点を解決し、
光学特性に優れた発光装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、発
光層が窒化物系化合物半導体からなる発光素子と、該発
光素子によって発光された波長の少なくとも一部を吸収
して異なる波長を発光する蛍光体を含有する樹脂部材と
を有する発光ダイオードにおいて、前記蛍光体は、平均
粒径が3μm〜50μmの凝集体を構成することを特徴
とする。これにより、凝集体の粒径が小さく均一化し、
発光のバラツキを極力抑えることができ、発光出力が良
好で且つ所望の色調を有する発光ダイオードが得られ
る。
【0010】請求項2に記載の発光ダイオードは、発光
素子の主発光ピークが400nm〜530nmであると
共に、蛍光体が、Y、Lu、Sc、La、Gd及びSm
からなる群から選ばれた少なくとも1つの元素と、A
l、Ga及びInからなる群から選ばれた少なくとも1
つの元素とを含み且つCeで付活されたガーネット系蛍
光体、Eu及び/又はCrで付活された窒素含有CaO
−Al23−SiO2蛍光体から選択される一種である
ことを特徴とする。これにより、発光素子の発光波長に
対応して所望の発光色の発光を得ることができ、簡便で
高輝度に信頼性の高い混色発光可能な発光ダイオードと
することができる。
【0011】請求項3に記載の発光ダイオードは、凝集
体を構成する蛍光体の平均粒径が1μm〜20μmであ
ることを特徴とする。これにより、構成要素である蛍光
体の粒径が小さく均一化し、より発光のバラツキを極力
抑えることができ、良好な色調及び光度を有する発光ダ
イオードが得られる。
【0012】請求項4に記載の発光ダイオードは、樹脂
中に凝集体は2億個/cm2〜60億個/cm2含有され
ている。これにより、凝集体間のバラツキが極めて小さ
く樹脂中において蛍光体濃度が均一となるので、色調ム
ラを抑制することができる。
【0013】また、発光層が窒化物系化合物半導体から
なる発光素子と、該発光素子によって発光された波長の
少なくとも一部を吸収して異なる波長を発光する蛍光体
を含有する樹脂部材とを有する発光ダイオードの製造方
法において、蛍光体含有の液状樹脂に予め湿式分散処理
を施す工程を有することを特徴とする。これにより、液
状樹脂中での蛍光体濃度が均一化し、歩留まりが向上す
る。
【0014】請求項6に記載の発光ダイオードの製造方
法は、湿式分散処理に、ボールミル、ロールミル、コロ
イドミル、ハイスピードディスパーサ、アトライター、
サンドミル、ビーズミル、ニーダー、エクストルーダー
から少なくとも1つを用いる。これにより、蛍光体の液
状樹脂中への良好な分散が可能となる。
【0015】請求項7に記載の発光ダイオードの製造方
法は、ボールミルの回転数が1rpm〜60rpmにお
いて、回転時間を1〜24時間行う。これにより、簡便
に所望の粒径を有する凝集体、及び樹脂中において前記
凝集体の所望の分布状態が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
白色系発光ダイオードの発光のバラツキは、蛍光体同士
で固まっている凝集体間のバラツキ及び大きな凝集体の
存在が主な原因となっていることを見出し本発明を成す
に至った。
【0017】蛍光体の比重は液状樹脂の数倍に達する。
光の変換効率の低下を防止するため、粒径を分散安定性
が向上するまで小さくすることはできない。そのため、
発光色が白色となるように樹脂中の蛍光体含有量を調整
しても、例えばSMD(サーフェイス・マウント・デバ
イス)であるチップタイプLEDの場合、注入する蛍光
体含有樹脂中における蛍光体の割合は極めて少ないた
め、蛍光体を均一に分散させることが難しく、発光の色
ムラがみられやすい傾向がある。また、ランプタイプL
EDの場合、発光素子が配置されたリード電極先端のカ
ップ内にディスペンサーにより蛍光体含有の樹脂を充填
させるが、樹脂中における蛍光体の分散が安定していな
いため、ディスペンサー中で蛍光体が沈降してしまい注
入精度が低下し、所望の色調が得られにくい。
【0018】図2は、蛍光体7を硬化前の液状の透光性
樹脂中に分散させた際の、蛍光体の模式的分布状態を示
す。蛍光体7の表面には空気が覆っており、液状樹脂と
混ざりにくく、図2に示す如く大小の蛍光体7が凝集し
た凝集体8となる傾向がある。このような凝集体8を形
成する各蛍光体7に取り込まれ変換された光は、凝集体
8間で反射、光散乱され外部に放出される。そのため、
見かけの光変換効率は一次粒子7のときよりも向上され
ている。
【0019】しかし、これらの蛍光凝集体8が図2
(A)の如く大きすぎると蛍光体7の発光の色ムラの原
因となるだけでなく、空気層を取り込み蛍光体7からの
光を閉じ込める等、光学特性に大きく影響を与えるため
所望の色調が得られないと考えられる。
【0020】このような凝集体8は分散剤を用いること
によって、ある程度改善できるが、投光性が求められる
発光装置では難しく変色が起こる等の種々の不具合が生
ずる場合がある。
【0021】一方、凝集体8を分散させるために機械的
分散処理を長時間行うと、蛍光体7の分散性は向上する
ものの、蛍光体7の表面結晶の摩砕に起因すると思われ
る発光輝度の低下を引き起こす傾向がある。また、光の
通路が少なくなり、光が取り出されにくくなる場合があ
る。
【0022】発光色が白色となるように液状の透光性樹
脂中に蛍光体7を分散させる際、手や攪拌器で十分に分
散させるのは困難であり、蛍光体7の凝集体8間にバラ
ツキが生じてしまう。特にチップタイプLEDの場合は
ペーストが封止樹脂も兼ねるため、ペースト中の蛍光体
7の濃度は非常に小さく、凝集体8間のバラツキに起因
するペースト単位体積当たりの蛍光体重量のバラツキが
同ロット内に生じやすく、また樹脂の種類及びロット間
の差として見かけ上発生する。結果、ターゲットとする
色調が得られにくくなり、製品の歩留まりが悪くなる。
【0023】そこで本発明は、液状樹脂中に蛍光体7を
分散させる際に、適した条件下で湿式分散処理を施すこ
とにより、歩留まりの向上を図るものである。
【0024】具体的には、湿式分散処理を行うことで、
樹脂中において蛍光体7が凝集して大きな固まりとなっ
た凝集体8はほぐれ、その間に含まれている空気をモー
ルド樹脂に置き換えられる。これにより、樹脂中の蛍光
体の濃度を均一にすることができる。このように蛍光体
濃度が均一化された樹脂を用いて発光ダイオードを形成
することで、図2(B)に示す如く蛍光体7の粒径及び
蛍光体同士の凝集による凝集体8の粒径9がより小さく
均一化された、良好な色調を有する発光ダイオードを歩
留まり良く得ることができる。
【0025】図1に本発明の形態である、白色系の光が
発光可能なチップタイプLEDを示す。チップタイプL
EDのセラミック成形体パッケージ5内凹部に設けられ
た電極上に窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子3を
配置すると共に電気的に接続させ、該凹部に所定の蛍光
体7を含有した透光性樹脂2を注入させる。以下、本実
施の形態の発光ダイオード及び製造方法について詳述す
る。
【0026】(発光素子3)発光素子3は種々の蛍光体
物質を効率よく励起できる比較的バンドエネルギーが高
い半導体発光素子が好適に挙げられる。このような半導
体素子としては、MOCVD法等により形成された窒化
物系化合物半導体が用いられる。窒化物系半導体はIn
nAlmGa1-n-mN(但し0≦n、0≦m、n+m≦
n)を発光層として有する。半導体の構造としては、M
IS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構
造、ヘテロ構造あるいはダブルヘテロ構造のものが挙げ
られる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長
を種々選択することができる。また、半導体活性層を量
子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多
量子井戸構造とすることもできる。
【0027】本発明の発光ダイオードにおいて白色系を
発光させる場合は、蛍光体7との補色関係や樹脂の劣化
等を考慮して発光素子3の主発光ピークは400nm以
上530以下が好ましく、より好ましくは420nm以
上490nm以下である。発光素子3と蛍光体7との効
率をそれぞれ向上させるためには450nm以上475
nm以下に主発光ピークを有する発光素子を用いること
が更に好ましい。
【0028】(蛍光体7)本実施の形態の発光ダイオー
ドに用いられる蛍光体7は、発光素子から発光された可
視光や紫外線で励起されて、励起した光と異なる波長を
有する光を発光することができる。具体的には、Y、L
u、Sc、La、Gd、及びSmから選択された少なく
とも1つの元素を含み、Ceで付活されたガーネット系
蛍光体やZnSiCu等の蛍光体が挙げられる。本発明
では、YとAlを含みCe付活されたイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット系蛍光体を用いることが好まし
い。これによって、長期間に渡って発光装置の輝度を高
くでき、信頼性の高い発光ダイオードを形成することが
できる。
【0029】また、一般式(Re1-rSmr3(Al1-s
Gas512:Ce(但し、0≦r<1、0≦s≦1、
Reは、Y、Gd、Laから選択される少なくとも一
種)であらわされる蛍光体を用いることもでき、発光素
子に窒化ガリウム系化合物半導体を用いた場合、耐光性
や効率などの観点から特に好ましい。
【0030】Ceで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系の蛍光体は、ガーネット構造のた
め、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが
450nm付近にさせることができる。また、発光ピー
クも530nm付近にあり700nmまで裾を引くブロ
ードな発光スペクトルを持つ。しかも、組成のAlの一
部をGaで置換することで発光波長が短波長にシフト
し、また組成のYの一部をGdで置換することで、発光
波長が長波長へシフトする。このように組成を変化する
ことで発光色を連続的に調節することが可能である。即
ち、長波長側の強度がGdの組成比で連続的に変えられ
るなど窒化物半導体の青色系発光を白色系発光に変換す
るための理想条件を備えている。同様に、Lu、Lc、
ScやSmなどを加えて所望の特性を得るようにしても
良い。
【0031】このような蛍光体は、Y、Gd、Ce、S
m、La、Al及びGaの原料として酸化物、又は高温
で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量
論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、C
e、Sm、Laの希土類元素を化学量論比で酸に溶解し
た溶液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸
化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して
混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモ
ニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中
1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して
焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗
浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができ
る。
【0032】本発明の発光ダイオードにおいて、このよ
うな蛍光物質は2種類以上の蛍光物質を混合させても良
い。具体的には、Al、Ga、Y及びGd、LaやSm
の含有量が異なる2種類以上のイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体を混合させてRGB(赤色、
緑色、青色)の波長成分を増やすことなどができる。
【0033】他にも青色、青緑色や緑色を吸収して赤色
が発光可能な蛍光体である、Eu及び/又はCrで付活
されたサファイヤ(酸化アルミニウム)蛍光体やEu及
び/又はCrで付活された窒素含有CaO−Al23
SiO2蛍光体(オキシナイトライド蛍光硝子)などが
挙げられる。これらの蛍光体を利用して発光素子からの
光と蛍光体からの光の混色により白色光を得ることもで
きる。
【0034】Eu及び/又はCrで付活された窒素含有
CaO−Al23−SiO2蛍光体は、酸化アルミニウ
ム、酸化イットリウム、酸化珪素及び酸化カルシウムな
どの原料に希土類原料を所定に混合した粉末を窒素雰囲
気下において1300℃から1900℃(より好ましく
は1500℃から1750℃)において溶融し成形させ
る。成形品をボールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に
篩を通して蛍光体を形成させることができる。これによ
り450nmにピークをもった励起スペクトルと約65
0nmにピークがある青色光により赤色発光が発光可能
なEu及び/又はCrで付活されたCa-Al-Si-O-
N系オキシナイトライド蛍光硝子とすることができる。
【0035】なお、Eu及び/又はCrで付活されたC
a-Al-Si-O-N系オキシナイトライド蛍光硝子の窒
素含有量を増減することによって発光スペクトルのピー
クを575nmから690nmに連続的にシフトするこ
とができる。同様に、励起スペクトルも連続的にシフト
させることができる。そのため、Mg、Znなどの不純
物がドープされたGaNやInGaNを発光層に含む窒
化ガリウム系化合物半導体からの光と、約580nmの
蛍光体の光の合成光により白色系を発光させることがで
きる。特に、約490nmの光が高輝度に発光可能なI
nGaNを発光層に含む窒化ガリウム系化合物半導体か
らなる発光素子との組合せに理想的に発光を得ることも
できる。
【0036】また、上述のCeで付活されたYAG系蛍
光体とEu及び/又はCrで付活された窒素含有Ca-
Al-Si-O-N系オキシナイトライド蛍光硝子とを組
み合わせることにより青色系が発光可能な発光素子を利
用してRGB(赤色、緑色、青色)成分を高輝度に含む
極めて演色性の高い発光ダイオードを形成させることも
できる。このため、所望の顔料を添加するだけで任意の
中間色も極めて簡単に形成させることができる。本発明
においては何れの蛍光体も無機蛍光体であり、有機の光
散乱剤やSiO2などを利用して高コントラストと優れ
た量産性が両立した発光ダイオードを形成させることが
できる。
【0037】(湿式分散法) 1.ボールミル 円筒形の容器の中にボールをいれ、容器を回転させるこ
とによりボールとボールの回転時の剪断力で分散させる
方法である。ボールミルの分散に及ぼす要因としては、
容器の大きさと回転速度、ボールの量・材料・サイズ、
分散質(蛍光体)/分散媒(樹脂)比等がある。特に回
転速度が上がると遠心力が働き、ボールが内部の空間に
滝のように落下してしまい、剪断力が得られなくなる。
剪断力を得るにはボールが重力によって回転し、なだれ
状に落下しなければならない。
【0038】ボールミルにおける適正粘度は40P〜3
00Pである。本発明の発光ダイオードに用いるエポキ
シ樹脂の粘度は50Pでありボールミルの使用に適して
いるといえる。また、ボールミルは色替えや洗浄をする
必要がないので簡便に湿式分散を行うことができる。
【0039】2.ロールミル 3本ロールは、3本のロールがそれぞれ異なった速度で
回転しており、そのロール間をミルベースが通過するこ
とによって強力な剪断力を受け分散する。ロールミルの
分散に及ぼす要因としては、回転比と間隙である。2本
ロールの場合は、さらに高い剪断力が得られる。3本ロ
ールの回転比は1:3:9から1:4:16が好まし
い。また、ロールミルを使用すると、高粘度で分散で
き、凝集体の脱泡が可能となり好ましい。
【0040】3.コロイドミル この分散機は回転子と、固定子であるローターとステー
ターで構成され、ローターとステーターの間の狭い間を
分散質(蛍光体)と分散媒(樹脂)が通過することによ
りこれらの空気を含んだ凝集体の分散が行われるもので
ある。このミルの分散は衝撃力の方が強いため低粘度ミ
ルベースの方が効率がよい。コロイドミルにおける適正
粘度は2P〜100Pで、最も好ましいのは15P程度
である。
【0041】4.ハイスピードディスパーサー 回転軸の先につけたディスクあるいはインペラーを90
0rpm〜2000rpmで回転することにより混合あ
るいは分散を行う方法である。1バッチ生産量は良く、
回転軸やディスクの清掃も簡便である。適正粘度は1P
以下程度で簡易顔料の分散に用いることが好ましい。
【0042】5.アトライター ボールミルが主に表面のボールの転がりで分散している
のに対し、アトライターはボール全体を攪拌する。垂直
の回転軸に6本以上の攪拌用バーがついている攪拌軸を
有する容器にボールをいれ、攪拌用バーによって強制的
に攪拌することから強い衝撃力と剪断が得られる方法で
ある。さらに、ミルベースをボールの量より多く仕込
み、下部よりポンプで引き抜いて全体を循環させること
で生産量をある程度自由に変えることができる。ボール
の大きさはボールミルより小さく、分散に寄与する表面
積が大きくなっている。攪拌軸の回転速度をボールミル
以上に上げることが可能で、分散効率を10倍近く向上
させることができる。また、ボールミルよりも高粘度の
ものでも分散可能である。
【0043】6.サンドミル サンドミルはディスクをもつ攪拌軸を600rpm〜2
300rpmで高速回転させ、砂の遠心力を利用して剪
断と衝突を引き起こさせ分散させる方法である。砂は、
粒径が0.7mmのオタワサンドを用いる。凝集体に砂
粒から加わる力は砂粒の断面積と凝集体の断面積の比に
ほぼ比例する。したがって、凝集体が小さい場合に好ま
しい。また、適正粘度は4P〜100Pである。
【0044】7.ビーズミル サンドミルでは0.7mmφのオタワサンドを用いたの
に対し、ビーズミルの場合大きめの3mmφのビーズを
用いる。これにより、凝集体にかかる剪断力はサンドミ
ルの場合の約50倍にもなり、高粘化が可能となる。従
って、ビーズミルの使用適正粘度は60P〜6000P
である。
【0045】8.ニーダーおよびエクストルーダー 超高粘度及び高粘度の分散媒に分散質を分散させるとき
に用いられる分散機である。適正粘度は7000P〜5
0000Pである。ニーダーの分散機作は、ブレード
間、トルフブレード間の剪断力である。エクストルーダ
ーは、一般的にスクリュー式で、一軸・二軸・多軸を用
いることができる。
【0046】以下、本発明の実施例について説明する。
なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるもの
ではない。
【0047】(実施例1)半値幅が15nmで主発光ピ
ークが470nmの窒化ガリウム半導体を発光層に持っ
た発光素子3を用いる。発光素子3は洗浄させたサファ
イヤ基板上にn型窒化物半導体層、p型窒化物半導体
層、及び青色(470nm)が発光可能な発光層をMO
VPE法により形成する。アニーリング後、ウエハーを
反応容器から取り出し、最上層のp型窒化物半導体層の
表面に所定のSiO2等からなる絶縁膜を成膜した後、
前記絶縁膜表面上に所定の形状のレジスト膜を形成し、
RIE(反応性イオンエッチング)装置でp型窒化物半
導体層側からエッチングを行い、負電極を形成するn型
窒化物半導体層の表面を露出させる。
【0048】次に、前記絶縁膜を酸により剥離した後、
最上層にあるp型窒化物半導体層上のほぼ全面に、リフ
トオフ法によりNi/Auからなる第1正電極4を、4
70nmの波長の光透過率が40%で且つ表面抵抗率が
2Ω/□となるように、膜厚200オングストロームで
形成する。次に、前記第1正電極上に、リフトオフ法に
よりAuからなる第2正電極5を膜厚0.7μmで形成
する。一方、エッチングにより露出させたn型窒化物半
導体層の表面には、同じくリフトオフ法によりW/Al
/W/Auからなる負電極6を膜厚0.8μmで形成す
る。
【0049】こうして出来上がった半導体ウエハーにス
クライブラインを引いた後、外力により個々に分割させ
発光素子として350μm角の発光素子3を形成させ
る。
【0050】次に、パターニングにより、各電極のボン
ディング部のみを露出させ素子全体を覆うようにSiO
2よりなる絶縁性保護膜を470nmの波長において光
透過率が90%となるように膜厚2μmで形成する。
【0051】以上のように形成された発光素子3を、成
形体パッケージ5凹部にエポキシ樹脂により固定する。
発光素子3の各電極と各リード電極6をそれぞれ35μ
mの金線4を用いてワイヤーボンディングし電気的に接
続する。
【0052】一方、蛍光体として、YがGdで約2割置
換されたイットリウム・アルミニウム酸化物を用いる。
Y、Gd、Ceの希土類元素を化学量論比で酸に溶解し
た溶解液を蓚酸で共沈させ、沈殿物を焼成して得られる
共沈酸化物と、酸化アルミニウムと混合して混合原料を
得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混
合して坩堝に詰め、空気中1400℃の温度で3時間焼
成して焼成品を得る。焼成品を水中でボールミルを用い
て湿式粉砕して、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して
形成させる。その結果、Ceの置換が0.03である
(Y0.8Gd0.2 3l512:Ceが得られる。
【0053】透光性樹脂として液状で室温粘度が50P
であるエポキシ樹脂を用い、上記のようにして作成した
蛍光体と前記エポキシ樹脂との重量比が5.4:100
となるよう混合する。この混合液をボールミルにより回
転数50rpmで2時間混合分散する。分散された蛍光
体含有エポキシ樹脂を発光素子3が配置された成形体パ
ッケージ5凹部に流し込み120℃×4時間で硬化成形
させる。
【0054】こうして得られる白色系発光ダイオード5
00個に対し、光度及び色調の測定を行う。
【0055】(実施例2)同様に、蛍光体7を透光性樹
脂2であるエポキシ樹脂に分散させる際にボールミルを
使用する時間が8時間である以外は実施例1と同様にし
て発光ダイオードを500個形成し、光度及び色調の測
定を行う。
【0056】(実施例3)同様に、蛍光体7を透光性樹
脂2であるエポキシ樹脂に分散させる際にボールミルを
使用する時間が24時間である以外は実施例1と同様に
して発光ダイオードを500個形成し、光度及び色調の
測定を行う。
【0057】(実施例4)透光性樹脂2としてエポキシ
樹脂の代わりに、溶剤を加え室温粘度を70Pに調節し
たアクリル樹脂を用い、蛍光体7と前記樹脂との重量比
が5.4:100となるよう混合し、ロールミルを回転
数30rpmで3回通過させ混合分散させたものを発光
素子3が配置された成形体パッケージ5凹部に流し込み
120℃×3時間で硬化成形させる以外は実施例1と同
様にして発光ダイオードを形成すると、実施例3と同様
な効果が得られる。
【0058】(実施例5)同じ励起光源の可視発光スペ
クトルで異なる色が発光可能な2種類の蛍光体を用いた
以外は実施例1と同様にして発光ダイオードを形成す
る。2種類の蛍光体は、粒径が7.3μmである(Y
0.995Gd0.005)3Al512:Ce0.25と、Eu及び
Crで付活された窒素含有CaO−Al23−SiO2
蛍光体を用いる。このようにして得られた発光ダイオー
ドは実施例1と同様の効果が得られる。また、実施例1
よりも高いコントラスト比を得られる発光ダイオードと
することができる。これは、蛍光体ボディーカラーであ
る黄色と赤色が混ざるためと考えられる。なお、本実施
例の発光ダイオードよりも演色性が高くピンクの顔料を
混合させることによって中間色も高輝度に発光させるこ
とができる。
【0059】(比較例1)比較のために蛍光体7を透光
性樹脂2に分散させる際にボールミルを使用せず、攪拌
器(2H)を使用した以外は実施例1と同様にして発光
ダイオードを500個形成し、光度及び色調を測定す
る。
【0060】図2は硬化前の液状の透光性樹脂2に蛍光
体7を分散させた際の模式的分散状態である。(A)は
比較例1の、(B)は実施例1の結果である。凝集体は
大小の蛍光体が凝集し不規則な形をしている。そのた
め、凝集体の断面を真円に置き換えてその真円の粒径を
測定することで、それぞれの条件での凝集体の平均粒径
を決定する。それぞれの凝集体の平均粒径は(A)では
約30nm、(B)では約5nmである。このことか
ら、ボールミルを使用することで凝集体の粒径は遙かに
小さく均等化させたといえる。
【0061】各ボールミル使用時間における光度測定結
果と色調測定結果をそれぞれ図3と図4及び図5〜図8
に示す。図3、4に示すように、ボールミル無使用で攪
拌器(2H)を使用した場合、光度と色調共に大きなバ
ラツキがみられる。これは、蛍光体表面に気泡が存在
し、屈折率及びバラツキ差による散乱発生が原因と思わ
れる。ミル時間が増すにつれて光度はアップし、光度と
色調は攪拌器の時に比べ遙かに収束される。図4〜図8
からミル時間2時間以降で色調収束は飽和していること
が確認できる。
【発明の効果】
【0062】以上説明したように、本発明は、発光層が
窒化物系化合物半導体からなる発光素子と、発光素子に
よって発光された光の少なくとも一部を吸収して吸収し
た光の波長を変換し異なる波長を発光する蛍光体を含有
する樹脂部材を有する発光ダイオードにおいて、前記蛍
光体による凝集体の粒径が3μm〜50μmとなるよう
に、蛍光体物質を含有させた液状樹脂に予め湿式分散処
理を施して用いる。これにより、歩留まり良く、収束し
た色調を有し且つ光度の高い発光ダイオードが得られ
る。また、色調の収束はミル時間2時間以降で飽和する
ことがわかる。また、発光ダイオードにおいて、蛍光体
含有樹脂中における蛍光凝集体の分布状態を2億個/c
2〜60億個/cm2とする。これにより、発光出力を
低下させることなく発光のバラツキの少ない発光ダイオ
ードとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光装置の模式的断面図。
【図2】(A)比較例1の発光装置における樹脂中での
蛍光体の分布状態。(B)実施例1の発光装置における
樹脂中での蛍光体の分布状態。
【図3】樹脂中へ蛍光体を分散させる際のボールミル使
用時間に対する色調変化。
【図4】樹脂中へ蛍光体を分散させる際のボールミル使
用時間に対する光度変化。
【図5】樹脂中への蛍光体の分散において、ボールミル
を無使用(0時間)の時の色調領域。
【図6】樹脂中への蛍光体の分散において、ボールミル
を2時間使用の時の色調領域。
【図7】樹脂中への蛍光体の分散において、ボールミル
を8時間使用の時の色調領域。
【図8】樹脂中への蛍光体の分散において、ボールミル
を24使用の時の色調領域。
【符号の簡単な説明】
1・・・発光装置 2・・・蛍光体含有の透光性樹脂 3・・・LEDチップ 4・・・金線 5・・・成形体パッケージ 6・・・リード電極 7・・・蛍光体の粉体 8・・・蛍光体の凝集体 9・・・凝集体の粒径

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光層が窒化物系化合物半導体からなる
    発光素子と、該発光素子によって発光された波長の少な
    くとも一部を吸収して異なる波長を発光する蛍光体を含
    有する樹脂部材とを有する発光ダイオードにおいて、前
    記蛍光体は、平均粒径が3μm〜50μmの凝集体を構
    成することを特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項2】 前記発光素子の主発光ピークは400n
    m〜530nmであると共に、前記蛍光体は、Y、L
    u、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選ばれた
    少なくとも1つの元素とAl、Ga及びInからなる群
    から選ばれた少なくとも1つの元素とを含み且つCeで
    付活されたガーネット系蛍光体、Eu及び/又はCrで
    付活された窒素含有CaO−Al23−SiO2蛍光体
    から選択される一種であることを特徴とする請求項1に
    記載の発光ダイオード。
  3. 【請求項3】 前記蛍光体の平均粒径は1μm〜20μ
    mであることを特徴とする請求項1乃至2に記載の発光
    ダイオード。
  4. 【請求項4】 前記樹脂中に前記凝集体は2億個/cm
    2〜60億個/cm2含有されていることを特徴とする請
    求項1に記載の発光ダイオード。
  5. 【請求項5】 発光層が窒化物系化合物半導体からなる
    発光素子と、該発光素子によって発光された波長の少な
    くとも一部を吸収して異なる波長を発光する蛍光体を含
    有する樹脂部材とを有する発光ダイオードの製造方法に
    おいて、蛍光体含有の液状樹脂に予め湿式分散処理を施
    す工程を有することを特徴とする発光ダイオードの製造
    方法。
  6. 【請求項6】 前記湿式分散処理に、ボールミル、ロー
    ルミル、コロイドミル、ハイスピードディスパーサ、ア
    トライター、サンドミル、ビーズミル、ニーダー、エク
    ストルーダーから少なくとも1つを用いることを特徴と
    する請求項5に記載の発光ダイオードの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記ボールミルの回転数が1rpm〜6
    0rpmにおいて、回転時間を1時間〜24時間行うこ
    とを特徴とする請求項5に記載の発光ダイオードの製造
    方法。
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