JP2003046141A - 発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】信頼性に優れ、発光のバラツキが極めて少ない
発光可能な発光装置を提供する。 【解決手段】発光素子と、該発光素子から発光された波
長の少なくとも一部を吸収して異なる波長を発光するこ
とが可能な蛍光物質と、これらの蛍光物質が含有された
透光性部材からなる色変換層とを有し、前記発光素子が
前記色変換層により封止されてなる発光装置において、
前記蛍光物質は多面体を有する蛍光体粒子からなり、該
蛍光体粒子は表面が前記透光性部材と異なる有機物被膜
により包囲されマイクロカプセル化されていることを特
徴とする。
発光可能な発光装置を提供する。 【解決手段】発光素子と、該発光素子から発光された波
長の少なくとも一部を吸収して異なる波長を発光するこ
とが可能な蛍光物質と、これらの蛍光物質が含有された
透光性部材からなる色変換層とを有し、前記発光素子が
前記色変換層により封止されてなる発光装置において、
前記蛍光物質は多面体を有する蛍光体粒子からなり、該
蛍光体粒子は表面が前記透光性部材と異なる有機物被膜
により包囲されマイクロカプセル化されていることを特
徴とする。
Description
【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装置に係
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。
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装置に係
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】今日、青色光が高輝度に発光可能な半導体
発光素子である窒化物半導体（Ｉｎ ｘＧａｙＡｌ
１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を利用したＬ
ＥＤチップが開発された。窒化物半導体を利用した発光
素子は、他のＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等の材料を利用
した赤から黄緑色を発光する発光素子と比較して出力が
高い、温度による色シフトが少ないなどの特徴を持って
いるものの、現在までのところ、緑色以上の波長を有す
る長波長域で高出力を得られにくいという傾向がある。
他方、青色発光ＬＥＤチップから放出された青色光の少
なくとも一部を吸収して、黄色が発光可能な蛍光物質で
あるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などを前記ＬＥＤチップ上に配
置させることによって白色系が発光可能な発光装置をも
本出願人が開発し、出願（国際公開番号ＷＯ９８／５０
７８号）した。
発光素子である窒化物半導体（Ｉｎ ｘＧａｙＡｌ
１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を利用したＬ
ＥＤチップが開発された。窒化物半導体を利用した発光
素子は、他のＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等の材料を利用
した赤から黄緑色を発光する発光素子と比較して出力が
高い、温度による色シフトが少ないなどの特徴を持って
いるものの、現在までのところ、緑色以上の波長を有す
る長波長域で高出力を得られにくいという傾向がある。
他方、青色発光ＬＥＤチップから放出された青色光の少
なくとも一部を吸収して、黄色が発光可能な蛍光物質で
あるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体などを前記ＬＥＤチップ上に配
置させることによって白色系が発光可能な発光装置をも
本出願人が開発し、出願（国際公開番号ＷＯ９８／５０
７８号）した。
【０００３】この発光装置は、例えば、１チップ２端子
構造の比較的簡単な構成にも係わらず、リード電極に電
気的に接続させたＬＥＤチップからの光と、ＬＥＤチッ
プを被覆する透光性樹脂中に含有されたＹＡＧ：Ｃｅな
ど蛍光物質からの光とが混色された白色光を、凸レンズ
を介して発光する。
構造の比較的簡単な構成にも係わらず、リード電極に電
気的に接続させたＬＥＤチップからの光と、ＬＥＤチッ
プを被覆する透光性樹脂中に含有されたＹＡＧ：Ｃｅな
ど蛍光物質からの光とが混色された白色光を、凸レンズ
を介して発光する。
【０００４】また、この発光装置は蛍光物質の使用量を
調節させることで、発光装置から放出される混色光のう
ち、青味がかった白色から黄色味がかった白色などの光
を任意に放出させることができる。更に、顔料を添加し
て選択的に他の波長として例えば黄色光や赤色光を得る
ことも考えられる。
調節させることで、発光装置から放出される混色光のう
ち、青味がかった白色から黄色味がかった白色などの光
を任意に放出させることができる。更に、顔料を添加し
て選択的に他の波長として例えば黄色光や赤色光を得る
ことも考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光装
置の利用分野の広がりと共に、発光のバラツキが極めて
少なく高輝度に発光可能な発光装置が求められている。
また、焼成された蛍光体粒子は破砕形状を有している。
このような表面が粗く堅い無機物が発光素子の周囲に接
触すると、該発光素子に悪影響を及ぼすこととなり、発
光装置の信頼性が劣化してしまう。
置の利用分野の広がりと共に、発光のバラツキが極めて
少なく高輝度に発光可能な発光装置が求められている。
また、焼成された蛍光体粒子は破砕形状を有している。
このような表面が粗く堅い無機物が発光素子の周囲に接
触すると、該発光素子に悪影響を及ぼすこととなり、発
光装置の信頼性が劣化してしまう。
【０００６】そこで、本発明は、上記問題点を解決し、
信頼性が高く、より光学特性の優れた発光装置を提供す
ることを目的とする。
信頼性が高く、より光学特性の優れた発光装置を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光装置
は、発光素子と、該発光素子から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ことが可能
な蛍光物質と、これらの蛍光物質が含有された透光性部
材からなる色変換層とを有し、前記発光素子が前記色変
換層により封止されてなる発光装置において、前記蛍光
物質は多面体を有する蛍光体粒子からなり、該蛍光体粒
子は表面が前記透光性部材と異なる有機物被膜により包
囲されマイクロカプセル化されていることを特徴とす
る。本発明において、蛍光体粒子がマイクロカプセル化
されて得られた蛍光体マイクロカプセルは、表面が滑ら
かで且つ柔軟性を有する。これにより隣接する発光素子
に悪影響を与えることなく、好ましい状態で分散するこ
とができる。また、各蛍光体粒子の間に一定の距離を保
持することができるため、発光素子からの光を全ての蛍
光体粒子に照射させることができ、各蛍光体粒子の作用
を最大限に活用することができる、これにより、必要最
小限の含有量でもって所望の光を高輝度に発光すること
が可能となる。
は、発光素子と、該発光素子から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ことが可能
な蛍光物質と、これらの蛍光物質が含有された透光性部
材からなる色変換層とを有し、前記発光素子が前記色変
換層により封止されてなる発光装置において、前記蛍光
物質は多面体を有する蛍光体粒子からなり、該蛍光体粒
子は表面が前記透光性部材と異なる有機物被膜により包
囲されマイクロカプセル化されていることを特徴とす
る。本発明において、蛍光体粒子がマイクロカプセル化
されて得られた蛍光体マイクロカプセルは、表面が滑ら
かで且つ柔軟性を有する。これにより隣接する発光素子
に悪影響を与えることなく、好ましい状態で分散するこ
とができる。また、各蛍光体粒子の間に一定の距離を保
持することができるため、発光素子からの光を全ての蛍
光体粒子に照射させることができ、各蛍光体粒子の作用
を最大限に活用することができる、これにより、必要最
小限の含有量でもって所望の光を高輝度に発光すること
が可能となる。
【０００８】また、前記有機被膜は、前記蛍光体粒子よ
りも比重が軽い部材からなることが好ましく、これによ
り前記透光性部材中での前記蛍光体マイクロカプセルの
分散性を更に良好とすることができる。
りも比重が軽い部材からなることが好ましく、これによ
り前記透光性部材中での前記蛍光体マイクロカプセルの
分散性を更に良好とすることができる。
【０００９】また、前記蛍光体粒子と前記有機物被膜に
より構成される蛍光体マイクロカプセルにおいて、前記
蛍光体粒子の含有量は１％〜５０％であることが好まし
く、これにより蛍光体粒子の表面全てを前記有機物被膜
により覆うことができ、前記蛍光体粒子が良好に保護さ
れると共に、前記蛍光体粒子の表面励起作用を効率よく
利用でき、更に輝度が向上される。
より構成される蛍光体マイクロカプセルにおいて、前記
蛍光体粒子の含有量は１％〜５０％であることが好まし
く、これにより蛍光体粒子の表面全てを前記有機物被膜
により覆うことができ、前記蛍光体粒子が良好に保護さ
れると共に、前記蛍光体粒子の表面励起作用を効率よく
利用でき、更に輝度が向上される。
【００１０】また、前記蛍光体粒子は、中心粒径が１５
μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ま
しくは２０μｍ〜５０μｍである。これにより発光効率
が向上され、輝度の高い発光装置が得られる。また、光
学特性に影響を与える傾向にある密に凝集した凝集体が
形成されるのを抑制することができ、良好な色調で且つ
高輝度に発光することが可能な発光装置が得られる。ま
た、前記中心粒径の頻度値は２０％〜５０％の範囲が好
ましく、これにより色ムラが抑制され良好なコントラス
トを有する発光が得られる。本来、熱硬化性樹脂等の透
光性部材中において、蛍光体粒子は粒径が大きくなるほ
ど発光素子周辺に蜜に充填しやすいが、本発明の構成に
よって、粒径の大きな蛍光体粒子を該蛍光体粒子の特性
を最大限に生かせる状態で配置させることができる。
μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ま
しくは２０μｍ〜５０μｍである。これにより発光効率
が向上され、輝度の高い発光装置が得られる。また、光
学特性に影響を与える傾向にある密に凝集した凝集体が
形成されるのを抑制することができ、良好な色調で且つ
高輝度に発光することが可能な発光装置が得られる。ま
た、前記中心粒径の頻度値は２０％〜５０％の範囲が好
ましく、これにより色ムラが抑制され良好なコントラス
トを有する発光が得られる。本来、熱硬化性樹脂等の透
光性部材中において、蛍光体粒子は粒径が大きくなるほ
ど発光素子周辺に蜜に充填しやすいが、本発明の構成に
よって、粒径の大きな蛍光体粒子を該蛍光体粒子の特性
を最大限に生かせる状態で配置させることができる。
【００１１】さらに、前記封止部材において、前記蛍光
体マイクロカプセル間にフィラーを配置させると、より
色ムラが抑制されより均一な発光が得られる。
体マイクロカプセル間にフィラーを配置させると、より
色ムラが抑制されより均一な発光が得られる。
【００１２】また、前記発光素子の主発光ピークは４０
０ｎｍ〜５３０ｎｍであると共に、前記蛍光体は、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−Ａｌ２Ｏ３−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乃至５に記載の発光装置。前記蛍光体は、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−Ａｌ２Ｏ３−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
光可能な発光装置とすることができる。
０ｎｍ〜５３０ｎｍであると共に、前記蛍光体は、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−Ａｌ２Ｏ３−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乃至５に記載の発光装置。前記蛍光体は、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−Ａｌ２Ｏ３−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
光可能な発光装置とすることができる。
【００１３】また、前記透光性部材からなる発光面は曲
面を有することが好ましい。これによって発光素子の光
が前記透光性部材から外部へ取り出される際、前記透光
性部材と外部の空気層との界面で光が拡散され、大粒径
蛍光物質を用いることにより生じやすい色ムラを抑制す
ることができる。また発光面での光の取り出し効率が向
上され、更に高出力に発光させることが可能となる。
面を有することが好ましい。これによって発光素子の光
が前記透光性部材から外部へ取り出される際、前記透光
性部材と外部の空気層との界面で光が拡散され、大粒径
蛍光物質を用いることにより生じやすい色ムラを抑制す
ることができる。また発光面での光の取り出し効率が向
上され、更に高出力に発光させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
色変換型発光装置の発光のバラツキ及び歩留まりの低下
は、透光性部材中での蛍光体粒子の配置状態に関係する
ことが主な原因であることを見出し本発明を成すに至っ
た。
色変換型発光装置の発光のバラツキ及び歩留まりの低下
は、透光性部材中での蛍光体粒子の配置状態に関係する
ことが主な原因であることを見出し本発明を成すに至っ
た。
【００１５】蛍光物質の比重は、液状樹脂の数倍に達す
る。特に熱硬化性樹脂は、加熱硬化後粘度が大きく低下
するため、発光素子を蛍光物質含有の液状樹脂で覆い熱
硬化させると樹脂中の蛍光物質はほとんど発光素子周辺
に密に集結して沈降してしまうのが現状である。特に、
色調の調整のため蛍光物質の含有量を多くすると、ある
程度の嵩を有して発光素子周辺に沈降する。このため、
発光素子からの光を最も効率よく吸収できるのは発光素
子周辺の最表面に位置する蛍光物質のみと考えられ、ほ
とんどの蛍光物質は本来の作用を行うことができず、単
に光のエネルギーを低下させ光を隠蔽してしまい発光出
力の低下を引き起こすと考えられる。このように閉じ込
められた光により発光素子周辺の光密度は高くなり、こ
れにより隣接する樹脂が劣化され色ムラの起因となる。
る。特に熱硬化性樹脂は、加熱硬化後粘度が大きく低下
するため、発光素子を蛍光物質含有の液状樹脂で覆い熱
硬化させると樹脂中の蛍光物質はほとんど発光素子周辺
に密に集結して沈降してしまうのが現状である。特に、
色調の調整のため蛍光物質の含有量を多くすると、ある
程度の嵩を有して発光素子周辺に沈降する。このため、
発光素子からの光を最も効率よく吸収できるのは発光素
子周辺の最表面に位置する蛍光物質のみと考えられ、ほ
とんどの蛍光物質は本来の作用を行うことができず、単
に光のエネルギーを低下させ光を隠蔽してしまい発光出
力の低下を引き起こすと考えられる。このように閉じ込
められた光により発光素子周辺の光密度は高くなり、こ
れにより隣接する樹脂が劣化され色ムラの起因となる。
【００１６】また、蛍光体粒子の表面には空気が覆って
おり、液状樹脂と混ざりにくく、大小の蛍光体が凝集し
た凝集体となる傾向がある。このような凝集体を形成す
る各蛍光体に取り込まれ変換された光は、凝集体間で反
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のときよりも向上されているが、
これらの蛍光凝集体が大きすぎると、蛍光体の発光の色
ムラの原因となるだけでなく、空気層を取り込み蛍光体
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。このよう
な凝集体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。一方、
凝集体を分散させるために機械的分散処理を長時間行う
と、蛍光体の分散性は向上するものの、蛍光体の表面結
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。
おり、液状樹脂と混ざりにくく、大小の蛍光体が凝集し
た凝集体となる傾向がある。このような凝集体を形成す
る各蛍光体に取り込まれ変換された光は、凝集体間で反
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のときよりも向上されているが、
これらの蛍光凝集体が大きすぎると、蛍光体の発光の色
ムラの原因となるだけでなく、空気層を取り込み蛍光体
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。このよう
な凝集体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。一方、
凝集体を分散させるために機械的分散処理を長時間行う
と、蛍光体の分散性は向上するものの、蛍光体の表面結
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。
【００１７】また、透光性部材である樹脂は、熱により
収縮反応を起こす。このため、前記透光性部材に含有さ
れ且つ発光素子表面に沈殿してしまった蛍光体粒子は、
発光装置に熱が加わることにより隣接する発光素子に押
しつけられ前記発光素子表面の保護膜等を破壊し発光装
置の信頼性の低下を引き起こす恐れがある。
収縮反応を起こす。このため、前記透光性部材に含有さ
れ且つ発光素子表面に沈殿してしまった蛍光体粒子は、
発光装置に熱が加わることにより隣接する発光素子に押
しつけられ前記発光素子表面の保護膜等を破壊し発光装
置の信頼性の低下を引き起こす恐れがある。
【００１８】そこで本発明は、蛍光体粒子の表面に有機
被膜が形成された蛍光体マイクロカプセルを使用し、発
光素子からの光を効率よく励起し、発光輝度、及び歩留
まりの向上を図るものである。
被膜が形成された蛍光体マイクロカプセルを使用し、発
光素子からの光を効率よく励起し、発光輝度、及び歩留
まりの向上を図るものである。
【００１９】以下、図面を参照にして、本発明の実施の
形態である発光装置について説明する。図１は、本発明
の形態であるＳＭＤ型発光ダイオードの模式的断面図で
ある。凹部を有し、該凹部底面から一対のリード電極
２，３の表面が露出されるようにインサート成形されて
なるパッケージ１を用い、前記凹部底面に発光素子が電
気的に接続されている。前記発光素子は、サファイア基
板上に窒化ガリウムであるバッファ層を介して窒化物半
導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるｐｎ接合が
形成されている。このように設置された発光素子４を封
止するように、前記凹部内に透光性部材であるエポキシ
樹脂にアクリル樹脂にてマイクロカプセル化された蛍光
体粒子が含有されてなる封止部材が充填されている。以
下、本発明の実施の形態における各構成について詳述す
る。
形態である発光装置について説明する。図１は、本発明
の形態であるＳＭＤ型発光ダイオードの模式的断面図で
ある。凹部を有し、該凹部底面から一対のリード電極
２，３の表面が露出されるようにインサート成形されて
なるパッケージ１を用い、前記凹部底面に発光素子が電
気的に接続されている。前記発光素子は、サファイア基
板上に窒化ガリウムであるバッファ層を介して窒化物半
導体（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるｐｎ接合が
形成されている。このように設置された発光素子４を封
止するように、前記凹部内に透光性部材であるエポキシ
樹脂にアクリル樹脂にてマイクロカプセル化された蛍光
体粒子が含有されてなる封止部材が充填されている。以
下、本発明の実施の形態における各構成について詳述す
る。
【００２０】（発光素子）本発明において発光素子１は
特に限定されないが、蛍光物質を用いた場合、前記蛍光
物質を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する
半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子
としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げること
ができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発
光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ
１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に
挙げられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩ
Ｎ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あ
るいはダブルへテロ構成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重量子井戸構造と
することもできる。
特に限定されないが、蛍光物質を用いた場合、前記蛍光
物質を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する
半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子
としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げること
ができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発
光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ
１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に
挙げられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩ
Ｎ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あ
るいはダブルへテロ構成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重量子井戸構造と
することもできる。
【００２１】窒化物半導体を使用した場合、半導体用基
板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等
の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体
を量産性よく形成させるためにはサファイヤ基板を用い
ることが好ましい。このサファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ
法などを用いて窒化物半導体を形成させることができ
る。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等
のバッファー層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化
物半導体を形成させる。
板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等
の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体
を量産性よく形成させるためにはサファイヤ基板を用い
ることが好ましい。このサファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ
法などを用いて窒化物半導体を形成させることができ
る。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等
のバッファー層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化
物半導体を形成させる。
【００２２】窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する
発光素子例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウム
で形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム
・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジ
ウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウ
ム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガ
リウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させた
ダブルへテロ構成などが挙げられる。
発光素子例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウム
で形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム
・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジ
ウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウ
ム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガ
リウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させた
ダブルへテロ構成などが挙げられる。
【００２３】窒化物半導体は、不純物をドープしない状
態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望
のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパン
トとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入する
ことが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる
場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ
型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいため
ｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射
等により低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、
半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化
物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望
のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパン
トとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入する
ことが好ましい。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる
場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化物半導体は、ｐ
型ドーパントをドープしただけではｐ型化しにくいため
ｐ型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射
等により低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、
半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化
物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【００２４】本発明の発光ダイオードにおいて、白色系
を発光させるには、蛍光物質からの発光波長との補色関
係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、発光素子の発光波
長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０
ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍
光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるた
めには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好まし
い。
を発光させるには、蛍光物質からの発光波長との補色関
係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、発光素子の発光波
長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０
ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍
光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるた
めには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好まし
い。
【００２５】 なお、金属パッケージを用いる場合、紫
外線による構成部材の劣化を抑制することができる。よ
って、本発明の発光装置に４００ｎｍより短い紫外線領
域、具体的には３２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長を主発光
波長とする発光素子を用い、前記発光素子からの光の一
部を吸収して他の波長を発光することが可能な蛍光物質
と組み合わせることで、色ムラの少ない色変換型発光装
置が得られる。ここで、前記蛍光物質を発光装置にバイ
ンダーする際には、比較的紫外線に強い樹脂や無機物で
あるガラス等を用いることが好ましい。
外線による構成部材の劣化を抑制することができる。よ
って、本発明の発光装置に４００ｎｍより短い紫外線領
域、具体的には３２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長を主発光
波長とする発光素子を用い、前記発光素子からの光の一
部を吸収して他の波長を発光することが可能な蛍光物質
と組み合わせることで、色ムラの少ない色変換型発光装
置が得られる。ここで、前記蛍光物質を発光装置にバイ
ンダーする際には、比較的紫外線に強い樹脂や無機物で
あるガラス等を用いることが好ましい。
【００２６】（蛍光体粒子）本発明の発光装置に用いら
れる蛍光体粒子は、窒化物系半導体を発光層とする半導
体発光素子から発光された光を励起させて発光できるセ
リウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物
系蛍光物質をベースとしたものである。具体的なイット
リウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、ＹＡ
ｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｙ：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃ
ｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物な
どが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系
蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも
一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させる
ことによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子
を揃えることができる。本明細書において、Ｃｅで付活
されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は
特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部ある
いは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる
群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、ある
いは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、
Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有す
る蛍光体を含む広い意味に使用する。更に詳しくは、一
般式（ＹｚＧｄ１−ｚ）３Ａｌ５Ｏ １２：Ｃｅ（但し、
０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や
一般式（Ｒｅ１−ａＳｍａ）３Ｒｅ‘５Ｏ１２：Ｃｅ
（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、
Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種であ
る。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
この蛍光物質は、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を４５０ｎｍ付近に
させることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ
付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光ス
ペクトルを持つ。
れる蛍光体粒子は、窒化物系半導体を発光層とする半導
体発光素子から発光された光を励起させて発光できるセ
リウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物
系蛍光物質をベースとしたものである。具体的なイット
リウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、ＹＡ
ｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｙ：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃ
ｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物な
どが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系
蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも
一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させる
ことによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子
を揃えることができる。本明細書において、Ｃｅで付活
されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は
特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部ある
いは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる
群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、ある
いは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、
Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有す
る蛍光体を含む広い意味に使用する。更に詳しくは、一
般式（ＹｚＧｄ１−ｚ）３Ａｌ５Ｏ １２：Ｃｅ（但し、
０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や
一般式（Ｒｅ１−ａＳｍａ）３Ｒｅ‘５Ｏ１２：Ｃｅ
（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、
Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種であ
る。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
この蛍光物質は、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を４５０ｎｍ付近に
させることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ
付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光ス
ペクトルを持つ。
【００２７】またフォトルミネセンス蛍光体は、結晶中
にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０
ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることがで
きる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長
波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。
すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換
量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加する
と共に、青色光によるフォトルミネセンスの発光輝度は
低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加え
Ｔｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。し
かも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部を
Ｇａで置換することで発光波長が短波長側にシフトす
る。また、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発
光波長が長波長側にシフトする。Ｙの一部をＧｄで置換
する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含
有（置換）を０．０３から１．０にすることが好まし
い。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色
成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色
成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得
ることができる。このような組成にすると温度特性が良
好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることがで
きる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフ
ォトルミネセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間
色を発光することが可能な発光装置を形成することがで
きる。
にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０
ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることがで
きる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長
波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。
すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換
量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加する
と共に、青色光によるフォトルミネセンスの発光輝度は
低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加え
Ｔｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。し
かも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部を
Ｇａで置換することで発光波長が短波長側にシフトす
る。また、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発
光波長が長波長側にシフトする。Ｙの一部をＧｄで置換
する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含
有（置換）を０．０３から１．０にすることが好まし
い。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色
成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色
成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得
ることができる。このような組成にすると温度特性が良
好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることがで
きる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフ
ォトルミネセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間
色を発光することが可能な発光装置を形成することがで
きる。
【００２８】このようなフォトルミネセンス蛍光体は、
Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ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、
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バリウムや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１３５
０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成
品を得、つぎ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。
本願発明の発光装置において、このようなフォトルミネ
センス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体や他の蛍
光体を混合させてもよい。
Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ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、
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バリウムや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１３５
０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成
品を得、つぎ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。
本願発明の発光装置において、このようなフォトルミネ
センス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体や他の蛍
光体を混合させてもよい。
【００２９】また、本発明で用いられる蛍光体粒子の粒
径は１０μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好まし
くは１５μｍ〜３０μｍである。これにより、光の隠蔽
を抑制し集積型窒化物半導体発光素子の輝度を向上させ
ることができる。また上記の粒径範囲の蛍光体は、光の
吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。こ
のように、光学的に優れた特徴を有する大粒径蛍光体を
含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも
良好に変換し発光することができ、集積型窒化物半導体
発光素子の量産性が向上される。これに対し、１５μｍ
より小さい粒径を有する蛍光体は、比較的凝集体を形成
しやすく、液状樹脂中において密になって沈降する傾向
にあり、光の透過効率を減少させてしまう。
径は１０μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好まし
くは１５μｍ〜３０μｍである。これにより、光の隠蔽
を抑制し集積型窒化物半導体発光素子の輝度を向上させ
ることができる。また上記の粒径範囲の蛍光体は、光の
吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。こ
のように、光学的に優れた特徴を有する大粒径蛍光体を
含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも
良好に変換し発光することができ、集積型窒化物半導体
発光素子の量産性が向上される。これに対し、１５μｍ
より小さい粒径を有する蛍光体は、比較的凝集体を形成
しやすく、液状樹脂中において密になって沈降する傾向
にあり、光の透過効率を減少させてしまう。
【００３０】ここで本発明において、粒径とは、体積基
準粒度分布曲線により得られる値である。前記体積基準
粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を
測定し得られるもので、具体的には、気温２５℃、湿度
７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキ
サメタリン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レ
ーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）
により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し
得られたものである。この体積基準粒度分布曲線におい
て積算値が５０％のときの粒径値を中心粒径と定義する
と、本発明で用いられる蛍光体の中心粒径は１５μｍ〜
５０μｍの範囲であることが好ましい。また、この中心
粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていること
が好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。この
ように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることに
より色ムラが抑制され良好な色調を有する発光装置が得
られる。
準粒度分布曲線により得られる値である。前記体積基準
粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を
測定し得られるもので、具体的には、気温２５℃、湿度
７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキ
サメタリン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レ
ーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）
により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し
得られたものである。この体積基準粒度分布曲線におい
て積算値が５０％のときの粒径値を中心粒径と定義する
と、本発明で用いられる蛍光体の中心粒径は１５μｍ〜
５０μｍの範囲であることが好ましい。また、この中心
粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていること
が好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。この
ように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることに
より色ムラが抑制され良好な色調を有する発光装置が得
られる。
【００３１】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−Ａｌ２Ｏ３
−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。
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−Ａｌ２Ｏ３
−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。
【００３２】Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有
ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−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６
５０ｎｍ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。
ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−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６
５０ｎｍ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。
【００３３】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。
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。
【００３４】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。
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。
【００３５】（蛍光体マイクロカプセル）本発明におい
て、上記蛍光体は、周囲に配置される透光性部材と異な
る部材からなる有機被膜により包囲され、蛍光体マイク
ロカプセルとして用いられる。ここで、蛍光体マイクロ
カプセルの製造方法について述べる。
て、上記蛍光体は、周囲に配置される透光性部材と異な
る部材からなる有機被膜により包囲され、蛍光体マイク
ロカプセルとして用いられる。ここで、蛍光体マイクロ
カプセルの製造方法について述べる。
【００３６】被膜物質として、ゲル化または硬化し得る
性質の親水性コロイド、例えばゼラチン、寒天、アルブ
ミン、アルギン酸塩、カゼイン、ペクチン、フィプリノ
ゲンなどの稀薄水ゾルをゲル化温度以上において調整
し、これに被覆されるべき蛍光体を懸濁させる。本実施
の形態では、被膜物質として耐光性及び耐熱性の強いア
クリル樹脂を用いている。つぎに、単純コラセルベーシ
ョン法をとる場合は、コアセルベーション化剤として、
塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、蓚酸アンモニウム、
クエン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウムなどの塩類水
溶液、またはコロイドの溶解が減じるような水溶性溶
媒、即ちメタノール、エタノール、プロパノール、アセ
トン、ジオキサンなどを添加し、また複合コアセルベー
ション法を取る場合は、コアセルベーション化剤とし
て、高分子物質、例えばアラビアゴム、ポリビニルビロ
リドンなどを添加する。コアセルベーション化剤添加
後、系の温度をコアセルベーション相のゲル化温度以下
に冷却して、液中の被膜物質を不溶性で核となる蛍光体
の表面にゲル化させそこに固定する。このゲルの膜を更
にアルデヒド類で硬化した後、乾燥すると目的とするマ
イクロカプセルに包まれた蛍光体が得られる。このよう
に、マイクロカプセル化された蛍光体粒子は、表面に膜
を有することにより、前記蛍光体粒子の光吸収率及び表
面励起効率が高められ、高い色変換効率と支持すること
ができる。また、柔軟性を有する蛍光体マイクロカプセ
ルが発光素子の周囲を覆うため、信頼性が向上されると
ともに、良好な光学特性が得られる。
性質の親水性コロイド、例えばゼラチン、寒天、アルブ
ミン、アルギン酸塩、カゼイン、ペクチン、フィプリノ
ゲンなどの稀薄水ゾルをゲル化温度以上において調整
し、これに被覆されるべき蛍光体を懸濁させる。本実施
の形態では、被膜物質として耐光性及び耐熱性の強いア
クリル樹脂を用いている。つぎに、単純コラセルベーシ
ョン法をとる場合は、コアセルベーション化剤として、
塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、蓚酸アンモニウム、
クエン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウムなどの塩類水
溶液、またはコロイドの溶解が減じるような水溶性溶
媒、即ちメタノール、エタノール、プロパノール、アセ
トン、ジオキサンなどを添加し、また複合コアセルベー
ション法を取る場合は、コアセルベーション化剤とし
て、高分子物質、例えばアラビアゴム、ポリビニルビロ
リドンなどを添加する。コアセルベーション化剤添加
後、系の温度をコアセルベーション相のゲル化温度以下
に冷却して、液中の被膜物質を不溶性で核となる蛍光体
の表面にゲル化させそこに固定する。このゲルの膜を更
にアルデヒド類で硬化した後、乾燥すると目的とするマ
イクロカプセルに包まれた蛍光体が得られる。このよう
に、マイクロカプセル化された蛍光体粒子は、表面に膜
を有することにより、前記蛍光体粒子の光吸収率及び表
面励起効率が高められ、高い色変換効率と支持すること
ができる。また、柔軟性を有する蛍光体マイクロカプセ
ルが発光素子の周囲を覆うため、信頼性が向上されると
ともに、良好な光学特性が得られる。
【００３７】（透光性部材）本発明に好適に用いられる
透光性部材の具体的材料としては、エポキシ樹脂、アク
リル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂など耐候性に優
れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。これら
の透光性部材に、前記蛍光体粒子が前記透光性部材と異
なる有機被膜により包囲された蛍光体マイクロカプセル
が含有されている。前記透光性部材と前記有機被膜部材
は異なることが好ましい。同部材を用いると、加熱等に
より前記透光性部材と蛍光体マイクロカプセル表面の前
記有機被膜部材とが同化してしまい、前記蛍光体マイク
ロカプセル中の蛍光体粒子を好ましい状態に配置するこ
とが困難となる。
透光性部材の具体的材料としては、エポキシ樹脂、アク
リル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂など耐候性に優
れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。これら
の透光性部材に、前記蛍光体粒子が前記透光性部材と異
なる有機被膜により包囲された蛍光体マイクロカプセル
が含有されている。前記透光性部材と前記有機被膜部材
は異なることが好ましい。同部材を用いると、加熱等に
より前記透光性部材と蛍光体マイクロカプセル表面の前
記有機被膜部材とが同化してしまい、前記蛍光体マイク
ロカプセル中の蛍光体粒子を好ましい状態に配置するこ
とが困難となる。
【００３８】また、前記透光性部材に、前記蛍光体マイ
クロカプセルと共にフィラー及び／又は顔料を含有させ
ても良い。これらの透光性部材をモールド部材としてＬ
ＥＤチップ上に配置させる他、ダイボンド部材として利
用することもできる。また、他の透明な部材を介して配
置させても良い。
クロカプセルと共にフィラー及び／又は顔料を含有させ
ても良い。これらの透光性部材をモールド部材としてＬ
ＥＤチップ上に配置させる他、ダイボンド部材として利
用することもできる。また、他の透明な部材を介して配
置させても良い。
【００３９】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。 （実施例１）図１に示すような表面実装型の発光装置を
形成する。ＬＥＤチップは、発光層として単色性発光ピ
ークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８
Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体
的にＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチル
インジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャ
リアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成
膜させることにより形成させることができる。ドーパン
トガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることに
よってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を
形成させる
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。 （実施例１）図１に示すような表面実装型の発光装置を
形成する。ＬＥＤチップは、発光層として単色性発光ピ
ークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８
Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体
的にＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチル
インジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャ
リアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成
膜させることにより形成させることができる。ドーパン
トガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることに
よってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を
形成させる
【００４０】ＬＥＤチップの素子構造としてはサファイ
ア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型Ｇａ
Ｎ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト
層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ
型ＧａＮ層、次に発光層を構成するバリア層となるＧａ
Ｎ層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となる
ＧａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ
層を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光
層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌ
ＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層である
ＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サ
ファイヤ基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ
層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃
以上でアニールさせてある。）
ア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型Ｇａ
Ｎ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト
層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ
型ＧａＮ層、次に発光層を構成するバリア層となるＧａ
Ｎ層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となる
ＧａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ
層を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光
層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌ
ＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層である
ＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サ
ファイヤ基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ
層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃
以上でアニールさせてある。）
【００４１】エッチングによりサファイア基板上の窒化
物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出
させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法を用い
て正負各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、ｐ型窒
化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極として形
成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させ
てある。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、外力により分割させ半導体発光素子であ
るＬＥＤチップを形成させる。
物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出
させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法を用い
て正負各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、ｐ型窒
化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極として形
成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させ
てある。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、外力により分割させ半導体発光素子であ
るＬＥＤチップを形成させる。
【００４２】次に、正及び負からなる一対のリード電極
がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージ成
形体の下面側にあるゲートから溶融された成形樹脂を流
し込み硬化してパッケージを形成する。前記パッケージ
は、発光素子を収納可能な凹部を有し、該凹部底面から
正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように
一体成形されている。尚、このパッケージにおいて、正
及び負のリード電極のアウタリード部は、パッケージの
接合面の両端部でその接合面に沿って内側に折り曲げら
れてなり、その内側に折り曲げられた部分ではんだ付け
されるように構成されている。
がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージ成
形体の下面側にあるゲートから溶融された成形樹脂を流
し込み硬化してパッケージを形成する。前記パッケージ
は、発光素子を収納可能な凹部を有し、該凹部底面から
正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように
一体成形されている。尚、このパッケージにおいて、正
及び負のリード電極のアウタリード部は、パッケージの
接合面の両端部でその接合面に沿って内側に折り曲げら
れてなり、その内側に折り曲げられた部分ではんだ付け
されるように構成されている。
【００４３】このように形成されたパッケージの凹部底
面に前記ＬＥＤチップをエポキシ樹脂にてＬＥＤチップ
をダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合
部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が
含有された樹脂又はガラス等を用いることができる。含
有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％
〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて
且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、
ダイボンドされたＬＥＤチップの各電極と、パッケージ
凹部底面から露出された各リード電極とをそれぞれＡｕ
ワイヤにて電気的導通を取る。本実施例ではワイヤーに
て電気的接続を取ったが、各電極とリード電極とを対向
させるフリップチップ実装をすることも可能である。
面に前記ＬＥＤチップをエポキシ樹脂にてＬＥＤチップ
をダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合
部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が
含有された樹脂又はガラス等を用いることができる。含
有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％
〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて
且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、
ダイボンドされたＬＥＤチップの各電極と、パッケージ
凹部底面から露出された各リード電極とをそれぞれＡｕ
ワイヤにて電気的導通を取る。本実施例ではワイヤーに
て電気的接続を取ったが、各電極とリード電極とを対向
させるフリップチップ実装をすることも可能である。
【００４４】一方、蛍光体として、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
沈させる。これ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
クスとしてフッ化バリウムを混合して坩堝に詰め、空気
中１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品を得られ
る。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾
燥、最後に篩を通して中心粒径が２２μｍである（Ｙ
０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１ ２：
Ｃｅ０．２５０蛍光体粒子を形成する。
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
沈させる。これ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
クスとしてフッ化バリウムを混合して坩堝に詰め、空気
中１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品を得られ
る。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾
燥、最後に篩を通して中心粒径が２２μｍである（Ｙ
０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１ ２：
Ｃｅ０．２５０蛍光体粒子を形成する。
【００４５】このようにして得られた蛍光体粒子をアク
リル樹脂にて被膜し、蛍光体粒子の含有量が２０％で且
つ粒径値が前記蛍光体粒子の５倍である蛍光体マイクロ
カプセルを形成する。
リル樹脂にて被膜し、蛍光体粒子の含有量が２０％で且
つ粒径値が前記蛍光体粒子の５倍である蛍光体マイクロ
カプセルを形成する。
【００４６】次に、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
成した蛍光体マイクロカプセル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。この色変
換部材をＬＥＤチップが配置された金属パッケージの凹
部に流し込み１２０℃×４時間で硬化成形させる。
５０Ｐであるエポキシ樹脂を用い、上記のようにして作
成した蛍光体マイクロカプセル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。この色変
換部材をＬＥＤチップが配置された金属パッケージの凹
部に流し込み１２０℃×４時間で硬化成形させる。
【００４７】次に、パッケージ内の水分を十分に排除し
た後、中央部にガラス窓部を有するコバール製リッドに
て封止し低抵抗シーム溶接を行う。
た後、中央部にガラス窓部を有するコバール製リッドに
て封止し低抵抗シーム溶接を行う。
【００４８】このようにして得られた色変換型発光装置
５００個に対し、光度及び色調の測定を行うと、各発光
装置間において収束した色調が得られ且つ高い光度を有
する発光装置が得られる。また、高温保管試験（１００
℃）、高温高湿保管試験（８０℃、８５％ＲＨ）、低温
保管試験（−４０℃）において、出力の低下はほとんど
みられず、高い信頼性を有するといえる。
５００個に対し、光度及び色調の測定を行うと、各発光
装置間において収束した色調が得られ且つ高い光度を有
する発光装置が得られる。また、高温保管試験（１００
℃）、高温高湿保管試験（８０℃、８５％ＲＨ）、低温
保管試験（−４０℃）において、出力の低下はほとんど
みられず、高い信頼性を有するといえる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、発光素
子と、該発光素子から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ことが可能な蛍光物質
と、これらの蛍光物質が含有された透光性部材からなる
色変換層とを有し、前記発光素子が前記色変換層により
封止されてなる発光装置において、前記蛍光物質は多面
体を有する蛍光体粒子からなり、該蛍光体粒子は表面が
前記透光性部材と異なる有機物被膜により包囲されマイ
クロカプセル化されていることを特徴とする。前記透光
性部材中に多数の前記蛍光体マイクロカプセルが均一に
分散しており、各蛍光体マイクロカプセル間をほぼ等間
隔となるように配置させることにより、歩留まり良く、
収束した色調を有し且つ光度の高い発光装置が得られ
る。
子と、該発光素子から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ことが可能な蛍光物質
と、これらの蛍光物質が含有された透光性部材からなる
色変換層とを有し、前記発光素子が前記色変換層により
封止されてなる発光装置において、前記蛍光物質は多面
体を有する蛍光体粒子からなり、該蛍光体粒子は表面が
前記透光性部材と異なる有機物被膜により包囲されマイ
クロカプセル化されていることを特徴とする。前記透光
性部材中に多数の前記蛍光体マイクロカプセルが均一に
分散しており、各蛍光体マイクロカプセル間をほぼ等間
隔となるように配置させることにより、歩留まり良く、
収束した色調を有し且つ光度の高い発光装置が得られ
る。
【００５０】また、蛍光体粒子は、粒径が大きくなるほ
ど表面に凸凹を有し信頼性及び光学特性に悪影響を及ぼ
しやすい。本発明は、上記構成により、輝度の高い大粒
径蛍光体粒子を透光性部材中に好ましい分散状態にて配
置させることができ、高輝度で且つ色ムラの抑制された
発光装置を容易に得ることができる。
ど表面に凸凹を有し信頼性及び光学特性に悪影響を及ぼ
しやすい。本発明は、上記構成により、輝度の高い大粒
径蛍光体粒子を透光性部材中に好ましい分散状態にて配
置させることができ、高輝度で且つ色ムラの抑制された
発光装置を容易に得ることができる。
【図１】 図１は本発明の発光装置を示す模式的平面図
及び模式的断面図である。
及び模式的断面図である。
１・・・パッケージ
２、３・・・リード電極
４・・・発光素子
５・・・ダイボンド部材
６・・・ワイヤ
７・・・蛍光体粒子
８・・・蛍光体マイクロカプセル
９・・・透光性部材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｆ
23/31 Ｒ
Ｆターム(参考） 4H001 CA02 CA04 CC13 XA08 XA13
XA14 XA20 XA21 XA31 XA39
XA49 XA57 XA62 XA64 XA71
YA24 YA58 YA63
4M109 AA01 EA02 EA10 EA20 EB11
EC11 EE11 GA01
5F041 AA11 AA14 CA05 CA34 CA40
CA46 CA65 DA08 DA12 DA44
DB09 EE25 FF01 FF11
Claims (6)
- 【請求項１】 発光素子と、該発光素子から発光された
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
ことが可能な蛍光物質と、これらの蛍光物質が含有され
た透光性部材からなる色変換層とを有し、前記発光素子
が前記色変換層により封止されてなる発光装置におい
て、 前記蛍光物質は多面体を有する蛍光体粒子からなり、該
蛍光体粒子は表面が前記透光性部材と異なる有機物被膜
により包囲されマイクロカプセル化されていることを特
徴とする発光装置。 - 【請求項２】 前記有機被膜は、前記蛍光体粒子よりも
比重が軽い部材からなることを特徴とする請求項１に記
載の発光装置。 - 【請求項３】 前記蛍光体粒子と前記有機物被膜により
構成される蛍光体マイクロカプセルにおいて、前記蛍光
体粒子の含有量は１％〜５０％であることを特徴とする
請求項１乃至２に記載の発光装置。 - 【請求項４】 前記蛍光体粒子は、中心粒径が１５μｍ
〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至
３に記載の発光装置。 - 【請求項５】 前記封止部材は、前記蛍光体マイクロカ
プセル間にフィラーが配置されていることを特徴とする
請求項１乃至４に記載の発光装置。 - 【請求項６】 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−Ａｌ２Ｏ３−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
乃至５に記載の発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001231643A JP4147755B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 発光装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001231643A JP4147755B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 発光装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003046141A true JP2003046141A (ja) | 2003-02-14 |
| JP4147755B2 JP4147755B2 (ja) | 2008-09-10 |
Family
ID=19063668
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001231643A Expired - Fee Related JP4147755B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 発光装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4147755B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006054313A (ja) * | 2004-08-11 | 2006-02-23 | Rohm Co Ltd | 半導体発光装置 |
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| KR100849782B1 (ko) | 2007-02-12 | 2008-07-31 | 삼성전기주식회사 | Ｌｅｄ 패키지의 제조방법 |
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