【書類名】 明細書
【発明の名称】 発光ダイオードの形成方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】 支持体上に配置された発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する粒子状蛍光体と、を有する発光ダイオードの形成方法であって、
気相または液相中に粒子状蛍光体を分散させた後、その気相または液相中に前記支持体および発光素子を静置する工程と、
前記気相または液相中で粒子状蛍光体を沈降させ堆積させる工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照光式スイッチ、各種センサー及び各種インジケータなどに利用される発光装置に係わり、特に発光素子からの発光を波長変換して発光可能な蛍光体を有する発光ダイオードにおいて、発光方位、色調ムラ及び量産性を改善した発光ダイオード及びその形成方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
発光装置である発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも呼ぶ。）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子であるため球切れなどの心配がない。駆動特性に優れ、振動やON／OFF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利用されている。しかしながら、ＬＥＤは優れた単色性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できない。
【０００３】
そこで、本出願人は、青色発光ダイオードと蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色変換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとして、特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発した。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤチップを用いて白色系や青色ＬＥＤチップを用いた緑色など他の発光色を発光させることができる。
【０００４】
具体的には、青色系が発光可能なＬＥＤチップなどをリードフレームの先端に設けられたカップ上などに配置する。ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップが設けられたメタルステムやメタルポストとそれぞれ電気的に接続させる。そして、ＬＥＤチップを被覆する樹脂モールド部材中などにＬＥＤチップからの光を吸収し波長変換する蛍光物質を含有させて形成させてある。青色系の発光ダイオードと、その発光を吸収し黄色系を発光する蛍光物質などとを選択することにより、混色を利用して白色系を発光させることができる。これは、十分な輝度を発光する白色系発光ダイオードとして利用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この発光ダイオードは、所望通りの色に形成されにくい傾向にある。発光ダイオードを量産させた場合において、各発光ダイオードがそれぞれ所望の色度範囲に形成させることが難しく歩留まりが低下する傾向にある。また、発光ダイオードの発光観測面において僅かながら色むらを生じるという問題がある。
【０００６】
具体的には、発光観測面側から見て発光素子であるＬＥＤチップが配置された中心部が青色っぽく、その周囲方向にリング状に黄、緑や赤色っぽい部分が見られる場合がある。人間の色調感覚は、白色において特に敏感である。そのため、わずかな色調差でも赤っぽい白、緑色っぽい白、黄色っぽい白等と感じる。
【０００７】
このような発光観測面を直視することによって生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでなく表示装置に利用したときの表示面における色むらや、光センサーなど精密機器における誤差を生ずることにもなる。さらに、より厳しい条件として高輝度長時間の使用においては発光ダイオードの輝度が低下する傾向がある。本発明は上記問題点を解決し発光観測面における色調むらや発光ダイオードごとのバラツキが極めて少なく、量産性の良い発光ダイオードを形成させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、支持体上に配置された発光素子と、該発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する粒子状蛍光体と、を有する発光ダイオードの形成方法であって、気相または液相中に粒子状蛍光体を分散させた後、その気相または液相中に前記支持体および発光素子を静置する工程と、上記気相または液相中で粒子状蛍光体を沈降させ堆積させる工程とを有することを特徴とする発光ダイオードの形成方法である。
【０００９】
また、上記コーティング部は、さらにモールド部材で被覆される。
【００１０】
さらに、上記発光素子の発光層は、窒化物系化合物半導体であることが好ましい。上記粒子状蛍光体は、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体であることが好ましい。
【００１１】
上記発光素子の主発光ピークは、４００ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ上記粒子状蛍光体の主発光波長が前記発光素子の主発光ピークよりも長いことが好ましい。
【００１２】
上記発光素子の発光層は、窒化物系化合物半導体であり、且つ上記粒子状蛍光体が（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅであることが好ましい（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種の元素である。）。
【００１３】
【作用】
本発明の構成とすることにより高輝度、長時間の使用においても色ずれ、発光光率の低下が極めて少ない発光ダイオードとすることができる。
【００１４】
すなわち、本発明は、粒子状蛍光体が含有されたコーティング部の厚みがＬＥＤチップ上及びＬＥＤチップが配置された基体上の何れにおいても略等しい。ＬＥＤチップから放出された光の光路長差が比較的等しく均一な発光特性を得ることができる。また、発光面における色むらや発光ダイオードごとのバラツキのきわめて少なくすることができる。さらに、複数のＬＥＤチップが配置されたパッケージ上に粒子状蛍光体を沈降堆積させることにより、一度に大量の発光ダイオードを量産性良く形成させることができる。ＬＥＤ上に配置される粒子状蛍光体の量がきわめて少量であっても粒子状蛍光体の量（コーティング部の厚み）を均等に制御させることができる。そのため、よりバラツキの少ない発光ダイオードを形成させることが容易にできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体と、それ以外の支持体上に配置された粒子状蛍光体とを略均等に配分させることによって発光観測面における色調むらや発光装置ごとのバラツキを改善できることを見出し、本発明を成すに到った。
【００１６】
発光観測面における色調むらや発光ダイオードごとのバラツキは、コーティング部形成時にコーティング部中に含まれる粒子状蛍光体の平面分布における傾きが生ずることにより生ずると考えられる。即ち、コーティング部は粒子状蛍光体を含有させた樹脂を先の細いノズルの如き管から吐出させることによって所望のカップ上に配置させることができる。
【００１７】
しかし、バインダー中に含有された粒子状蛍光体をＬＥＤチップ上に等量均一且つ、高速に塗布させることは極めて難しい。また、バインダーの粘度やコーティング部と接するパッケージ表面などとの表面張力により、最終的に形成されるコーティング部の形状が一定しない。コーティング部の厚み（粒子状蛍光体の量）が部分的に異なり、ＬＥＤチップからの光量、粒子状蛍光体からの光量が部分的に異なる。
【００１８】
そのため発光観測面上において部分的にＬＥＤチップからの発光色が強くなったり、蛍光体からの発光色が強くなり色調むらが生ずる。また、各発光ダイオードごとのバラツキが生ずると考えられる。本発明では、ＬＥＤチップ上とそれ以外に形成される粒子状蛍光体が均一に配置させることにより、色調むらや指向性などを改善させることができるものである。以下、本発明の構成部材について詳述する。
【００１９】
（コーティング部１１１、１１２）
本発明に用いられるコーティング部１１１、１１２とは、モールド部材とは別にマウント・リードのカップ内やパッケージの開口部内などに設けられるものでありＬＥＤチップ１０３の発光を変換する粒子状蛍光体及び粒子状蛍光体を結着する樹脂や硝子などである。本発明のコーティング部１１１、１１２は、ＬＥＤチップ１０３上に設けられたコーティング部１１１の厚みとＬＥＤチップ以外の支持体上に設けられたコーティング部１１２の厚みとが略等しい。ＬＥＤチップ１０３上に設けられたコーティング部１１１と、支持体となるパッケージの開口部表面に設けられたコーティング部１１２との厚みは、気相や液相中に分散させた粒子状蛍光体を静置させ沈降することにより比較的簡単に略等しく形成させることができる。
【００２０】
コーティング部では、カップなどによりＬＥＤチップから放出される高エネルギー光などが反射もされるため高密度になる。さらに、粒子状蛍光体によっても反射散乱されコーティング部が高密度の高エネルギー光にさらされる場合がある。そのため、発光強度が強く高エネルギー光が発光可能な窒化物系半導体をＬＥＤチップとして利用した場合は、それらの高エネルギー光に対して耐光性のあるＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上有する酸化物を結着剤として利用することが好ましい。
【００２１】
コーティング部の具体的主材料の一つとしては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＳｉＯ3（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒなどが挙げられる。）などの透光性無機部材に粒子状蛍光体を含有させたものが好適に用いられる。これらの透光性無機部材により粒子状蛍光体が結着され層状にＬＥＤチップや支持体上に堆積される。なお、コーティング部には、粒子状蛍光体と共に紫外線吸収剤を含有させても良い。
【００２２】
このようなコーティング部１１１、１２１は、コーティング部１１１、１２１の材料となる粒子状蛍光体と結着剤とをよく混合させ容器２０２内に排出手段２０１のノズルから噴出する。容器２０２内には、ＬＥＤチップを有するパッケージ１０５が配置されている。ノズルから噴出された材料は、懸濁液として容器２０２内にたまる。容器２０２を静置しておくと、蛍光体粒子が沈降し容器２０２の底に蛍光体膜２０４が形成される。上澄液を排出後、乾燥装置２０５から放出される加温エアを吹き付け乾燥させる。その後、各パッケージ１０５を取り出すことにより粒子状蛍光体を有する発光ダイオードとすることができる。
【００２３】
（粒子状蛍光体）
本発明に用いられる蛍光体としては、少なくともＬＥＤチップ１０３の半導体発光層から発光された光で励起されて発光する粒子状蛍光体をいう。ＬＥＤチップ１０３が発光した光と、粒子状蛍光体が発光した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混色させることで白色を発光することができる。具体的には、ＬＥＤチップ１０３からの光と、それによって励起され発光する粒子状蛍光体の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合やＬＥＤチップ１０３が発光した青色の光と、それによって励起され発光する粒子状蛍光体の黄色の光が挙げられる。
【００２４】
発光ダイオードの発光色は、粒子状蛍光体と粒子状蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスなどの無機部材などとの比率、粒子状蛍光体の沈降時間、粒子状蛍光体の形状などを種々調整すること及びＬＥＤチップの発光波長を選択することにより電球色など任意の白色系の色調を提供させることができる。発光ダイオードの外部には、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。
【００２５】
具体的な粒子状蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。粒子状蛍光体として特に（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップと接する或いは近接して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ-2以上１０Ｗ・ｃｍ-2以下においても高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオードとすることができる。
【００２６】
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ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４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。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。したがって、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利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
【００２７】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ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、Ｃｅ、Ｓｍ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、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°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得る。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所望の粒子状蛍光体を得ることができる。
【００２８】
本発明の発光ダイオードにおいて、粒子状蛍光体は、２種類以上の粒子状蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
【００２９】
このような粒子状蛍光体は、気相や液相中に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相中での粒子状蛍光体は、自重によって沈降する。特に液相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性の高い粒子状蛍光体を持つ層を形成させることができる。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の粒子状蛍光体量を形成することができる。
【００３０】
（ＬＥＤチップ１０３）
本発明に用いられるＬＥＤチップ１０３とは、粒子状蛍光体を励起可能なものである。発光素子であるＬＥＤチップ１０３は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発光層として形成させる。半導体の構造としては、ＭＩＳ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。好ましくは、粒子状蛍光体を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体（一般式ＩｎiＧａjＡｌkＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。
【００３１】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイア基板を用いることがより好ましい。サファイア基板上に半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファ層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア基板上にＳｉＯ2をマスクとして選択成長させたＧａＮ単結晶自体を基板として利用することもできる。この場合、各半導体層を形成後ＳｉＯ2をエッチング除去させることによって発光素子とサファイア基板とを分離させることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、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型窒化ガリウム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型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。
【００３２】
窒化ガリウム系化合物半導体は、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、低速電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させることが好ましい。具体的発光素子の層構成としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させたバッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ及びＳｉをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＰ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。ＬＥＤチップ１０３を形成させるためにはサファイア基板を有するＬＥＤチップ１０３の場合、エッチングなどによりＰ型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させることもできる。
【００３３】
次に、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０３を形成させることができる。
【００３４】
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、粒子状蛍光体との補色等を考慮してＬＥＤチップ１０３の主発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップ１０３と粒子状蛍光体との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。
【００３５】
（パッケージ１０２）
パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３を凹部内に固定保護する支持体として働く。また、外部との電気的接続が可能な外部電極１０４を有する。ＬＥＤチップ１０３の数や大きさに合わせて複数の開口部を持ったパッケージ１０２とすることもできる。また、好適には遮光機能を持たせるために黒や灰色などの暗色系に着色させる、或いはパッケージ１０２の発光観測表面側が暗色系に着色されている。パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部環境から保護するためにコーティング部１１１、１１２に加えて透光性保護体であるモールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ１０２は、コーティング部１１１、１１２やモールド部材１０６との接着性がよく剛性の高いものが好ましい。ＬＥＤチップ１０３と外部とを電気的に遮断させるために絶縁性を有することが望まれる。さらに、パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３などからの熱の影響をうけた場合、モールド部材１０６との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。
【００３６】
パッケージ１０２の凹部内表面は、エンボス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理してモールド部材との密着性を向上させることもできる。パッケージ１０２は、外部電極１０４と一体的に形成させてもよく、パッケージ１０２が複数に分かれ、はめ込みなどにより組み合わせて構成させてもよい。このようなパッケージ１０２は、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミックなどを用いることができる。また、パッケージ１０２を暗色系に着色させる着色剤としては種々の染料や顔料が好適に用いられる。具体的には、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3やカーボンブラックなどが好適に挙げられる。
【００３７】
ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２との接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０３を配置固定させると共にパッケージ１０２内の外部電極１０４と電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いられる。
【００３８】
（外部電極１０４）
外部電極１０４は、パッケージ１０２外部からの電力を内部に配置されたＬＥＤチップ１０３に供給させるために用いられるためのものである。そのためパッケージ１０２上に設けられた導電性を有するパターンやリードフレームを利用したものなど種々のものが挙げられる。また、外部電極１０４は放熱性、電気伝導性、ＬＥＤチップ１０３の特性などを考慮して種々の大きさに形成させることができる。外部電極１０４は、各ＬＥＤチップ１０３を配置すると共にＬＥＤチップ１０３から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよいことが好ましい。外部電極１０４の具体的な電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。また、具体的な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは ０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上である。
【００３９】
このような外部電極１０４としては、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。外部電極１０４としてリードフレームを利用した場合は、電気伝導度、熱伝導度によって種々利用できるが加工性の観点から板厚０．１ｍｍから２ｍｍが好ましい。ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの支持体上などに設けられた外部電極１０４としては、銅箔やタングステン層を形成させることができる。プリント基板上に金属箔を用いる場合は、銅箔などの厚みとして１８〜７０μｍとすることが好ましい。また、銅箔等の上に金、半田メッキなどを施しても良い。
【００４０】
（導電性ワイヤー１０５）
導電性ワイヤー１０５としては、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤー１０５の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤー１０５として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤー１０５は、各ＬＥＤチップ１０３の電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【００４１】
（モールド部材１０６）
モールド部材１０６は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電性ワイヤー１０５、粒子状蛍光体が含有されたコーティング部１１１、１１２などを外部から保護するために設けることができる。モールド部材１０６は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。モールド部材１０６の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１０３からの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。このような、モールド部材１０６は、コーティング部の結着剤と同じ材料を用いても良いし異なる材料としても良い。以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は具体的実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
ＬＥＤチップとして主発光ピークが４６０ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を用いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）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法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇと、を切り替えることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体を形成しＰＮ接合を形成させる。半導体発光素子として、Ｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層と、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層を形成させた。Ｎ型導電性を有するコンタクト層とＰ型導電性を有するクラッド層との間に厚さ約３ｎｍであり、単一量子井戸構造とされるノンドープＩｎＧａＮの活性層を形成させた。（なお、サファイア基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層とさせてある。また、Ｐ型導電性を有する半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
エッチングによりサファイア基板上のＰＮ各半導体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極をそれぞれ形成させた。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、外力により分割させ発光素子として３５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。
【００４３】
一方、インサート成形によりポリカーボネート樹脂を用いてチップタイプＬＥＤのパッケージを形成させた。チップタイプＬＥＤのパッケージ内は、ＬＥＤチップが配される開口部を備えている。パッケージ中には、銀メッキした銅板を外部電極として配置させてある。パッケージ内部でＬＥＤチップをエポキシ樹脂などを用いて固定させる。導電性ワイヤーである金線をＬＥＤチップの各電極とパッケージに設けられた各外部電極とにそれぞれワイヤーボンディングさせ電気的に接続させてある。こうしてＬＥＤチップが配置されたパッケージを８２８０個形成させた。各パッケージの開口部を除く表面には、レジスト膜が形成されている。８２８０個のＬＥＤチップが配置されたパッケージを純粋電解質が入った容器中に配置させる。
【００４４】
他方、粒子状蛍光体は、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させた。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アンモニ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た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成させた。形成された（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体をＳｉＯ2ゾル中に分散させる。
【００４５】
次に、酢酸でｐＨを５．０に調整した後、直ちにパッケージが配置された容器中に（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体とＳｉＯ2ゾルを一挙に懸濁注入させる（図２(A)）。静置後（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体が沈降しパッケージ上に沈降する（図２(B)）。容器内の廃液を除しＬＥＤチップ上に粒子状蛍光体が堆積したパッケージを１２０度に加熱した空気で乾燥させる（図２(C)）。この後に、容器から各発光ダイオードを取り出して発光ダイオードの非発光部に付着した粒子状蛍光体をレジストマスクごと除去することによってＬＥＤチップ上とパッケージ底面との膜厚が共に約４０μｍと略等しいコーティング部を形成させることができる。さらに、ＬＥＤチップや粒子状蛍光体を外部応力、水分及び塵埃などから保護する目的でコーティング部が形成されたパッケージ開口部内にモールド部材として透光性エポキシ樹脂を形成させた。透光性エポシキ樹脂を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた。こうして図１の如き発光装置である発光ダイオードを形成させた。
【００４６】
得られた発光ダイオードに電力を供給させることによって白色系を発光させることができる。発光ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定した。色温度８０９０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．５を示した。また、発光光率は１０．８ ｌｍ／Ｗであった。さらに、ＣＩＥ色度図上のｘ，ｙ＝（０．３０５，０．３１５）±０．０３で囲まれた範囲内に、約８１１４個の各発光ダイオードが分布しており歩留まりは、約９８％であった。
【００４７】
（比較例１）
エポキシ樹脂中に（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてノズルから突出させコーティング部を形成させた以外は、実施例１と同様にして発光ダイオードを形成させた。形成された発光ダイオードの断面は、コーティング部の端面がはい上がっていると共に粒子状蛍光体の量が不均一であった。こうして形成された発光ダイオードの色度点を実施例１と同様に測定した。形成された発光ダイオードの色度点は、ＬＥＤチップの主発光ピークと蛍光体の主発光波長を結んだ線上に略位置していたが、歩留まりは約６１％にしか過ぎなかった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、発光観測面における色調むらや発光ダイオードごとのバラツキが極めて少ない発光ダイオードを量産性の良く形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の発光装置であるチップタイプＬＥＤの模式的断面図である。
【図２】 図２は、本発明の発光ダイオードを形成させる形成装置を示した模式図である。
【符号の説明】
１１１・・ＬＥＤチップ上のコーティング部
１１２・・・支持体上のコーティング部
１０２・・・パッケージ
１０３・・・ＬＥＤチップ
１０４・・・外部電極
１０５・・・導電性ワイヤー
１０６・・・モールド部材
２０１・・・コーティング部の材料を噴出させる排出手段
２０２・・・容器
２０３・・・ノズルから噴出されたコーティング部の材料
２０４・・・蛍光体膜
２０５・・・加温エアを吹き付ける乾燥装置
[Document name] statement
Patent application title: Method of forming light emitting diode
[Claim of claim]
1. A method of forming a light emitting diode comprising: a light emitting element disposed on a support; and a particulate phosphor which emits light by absorbing at least a part of light emitted from the light emitting element and converting the wavelength. ,
Dispersing the particulate phosphor in a gas phase or liquid phase, and then placing the support and the light emitting element in the gas phase or liquid phase;
Settling and depositing the particulate phosphor in the gas phase or liquid phase, and forming a light emitting diode.
Detailed Description of the Invention
[Industrial application field]
[0001]
The present invention relates to a light emitting device used for an LED display, a back light source, a traffic light, an illuminated switch, various sensors and various indicators, and in particular, has a phosphor capable of emitting light by wavelength conversion of light emitted from light emitting elements. The present invention relates to a light emitting diode having improved light emitting direction, color tone unevenness and mass productivity, and a method of forming the same.
[Prior Art]
[0002]
A light emitting diode (hereinafter also referred to as an LED), which is a light emitting device, is small, efficient, and emits bright color. In addition, since it is a semiconductor element, there is no concern such as a broken ball. It has excellent drive characteristics and is resistant to vibration and repetition of ON / OFF lighting. Therefore, it is used as various indicators and various light sources. However, LEDs can not emit light emission wavelengths such as white-based because they have excellent monochromatic peak wavelengths.
[0003]
Accordingly, the present applicants have disclosed as Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-152609 and 7-99345 as light-emitting diodes capable of emitting light of other colors by converting light emitted from the blue light-emitting diode with a blue light-emitting diode and a fluorescent substance. We have developed a light emitting diode described in Japanese Patent Application Publication No. With these light emitting diodes, it is possible to emit other light emitting colors such as white based and blue using a blue LED chip by using one kind of LED chip.
[0004]
Specifically, an LED chip or the like capable of emitting blue light is disposed on a cup or the like provided at the tip of the lead frame. The LED chip is electrically connected to the metal stem or the metal post provided with the LED chip. And in the resin mold member etc. which coat | cover a LED chip, it is made to contain and form the fluorescent substance which absorbs the light from LED chip and carries out wavelength conversion. By selecting a blue light emitting diode and a fluorescent material that absorbs the light emission and emits a yellow light, it is possible to cause the white light to emit light using color mixing. This can be utilized as a white light emitting diode that emits sufficient brightness.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, this light emitting diode tends not to be formed in the desired color. When mass-producing light emitting diodes, it is difficult to form each light emitting diode in a desired chromaticity range, and the yield tends to decrease. In addition, there is a problem that slight color unevenness occurs on the light emission observation surface of the light emitting diode.
[0006]
Specifically, when viewed from the light emission observation surface side, the central portion where the LED chip which is a light emitting element is arranged is blueish, and yellow, green or reddish portions may be seen like a ring around the periphery. Human tone perception is particularly sensitive in white. Therefore, even slight differences in color can be perceived as reddish white, greenish white, yellowish white, etc.
[0007]
Such color unevenness caused by looking directly at the light emission observation surface is not only undesirable for quality but also causes color unevenness on the display surface when used for a display device and errors in precision instruments such as light sensors . Furthermore, the luminance of the light emitting diode tends to decrease in high luminance and long time use as more severe conditions. The present invention is to solve the above-mentioned problems, and to form a light-emitting diode with good mass productivity, with little unevenness in color tone and unevenness among light-emitting diodes on the light emission observation surface.
[Means for Solving the Problems]
[0008]
The present invention is a method of forming a light emitting diode comprising a light emitting element disposed on a support, and a particulate phosphor which absorbs at least a part of the light emitted from the light emitting element and converts the wavelength for wavelength conversion. Dispersing the particulate phosphor in the gas phase or liquid phase, and then placing the support and the light emitting element in the gas phase or liquid phase, and the particulate fluorescence in the gas phase or liquid phase And settling the body to form a light emitting diode.
[0009]
Moreover, the said coating part is further coat | covered with a mold member.
[0010]
Furthermore, the light emitting layer of the light emitting element is preferably a nitride compound semiconductor. The particulate phosphor is preferably a cerium-activated yttrium aluminum garnet phosphor.
[0011]
The main emission peak of the light emitting device is preferably 400 nm to 530 nm, and the main emission wavelength of the particulate fluorescent material is preferably longer than the main emission peak of the light emitting device.
[0012]
The light emitting layer of the light emitting element is a nitride compound semiconductor, and the particulate phosphor is (Re 1-x Sm x ) 3 ( Al 1-y Ga y ) Five O 12 Preferably Ce (wherein 0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, and Re is at least one element selected from Y, Gd and La).
[0013]
【Function】
According to the configuration of the present invention, it is possible to obtain a light emitting diode with extremely low luminance and a decrease in light emission rate even in long-term use.
[0014]
That is, according to the present invention, the thickness of the coating portion containing the particulate fluorescent substance is substantially equal on any of the LED chip and the substrate on which the LED chip is disposed. The difference in optical path length of the light emitted from the LED chip can be relatively equal and uniform light emission characteristics can be obtained. In addition, color unevenness on the light emitting surface and variations among the light emitting diodes can be extremely reduced. Furthermore, a large number of light emitting diodes can be formed with high mass productivity at a time by depositing particulate phosphors on a package in which a plurality of LED chips are disposed. Even if the amount of the particulate fluorescent substance arranged on the LED is very small, the amount of the particulate fluorescent substance (the thickness of the coating portion) can be uniformly controlled. Therefore, it is possible to easily form a light emitting diode with less variation.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As a result of various experiments, the inventors of the present invention have distributed the particle-like phosphors disposed on the LED chip and the particle-like phosphors disposed on the other supports substantially equally on the light emission observation surface. The inventors have found that it is possible to improve color tone unevenness and variations among light emitting devices, and to achieve the present invention.
[0016]
It is considered that the color tone unevenness in the light emission observation surface and the variation among the light emitting diodes are caused by the inclination of the planar distribution of the particulate fluorescent substance contained in the coating portion when the coating portion is formed. That is, the coating portion can be disposed on a desired cup by discharging the resin containing the particulate fluorescent substance from a tube such as the above-mentioned thin nozzle.
[0017]
However, it is extremely difficult to apply the particulate fluorescent substance contained in the binder equally on the LED chip at high speed. In addition, the shape of the finally formed coating portion is not uniform due to the viscosity of the binder and the surface tension with the package surface or the like in contact with the coating portion. The thickness (amount of particulate phosphor) of the coating portion is partially different, and the light quantity from the LED chip and the light quantity from the particulate phosphor are partially different.
[0018]
As a result, the color of light emitted from the LED chip partially intensifies on the light emission observation surface, or the color of light emitted from the phosphor becomes strong, resulting in uneven color tone. In addition, it is considered that variations occur in each light emitting diode. In the present invention, it is possible to improve color tone unevenness, directivity and the like by uniformly arranging the particulate phosphors formed on the LED chip and the other. Hereinafter, the constituent members of the present invention will be described in detail.
[0019]
(Coating section 111, 112)
The coating portions 111 and 112 used in the present invention are particulate phosphors and particles which are provided separately from the molding member in the cup of the mount lead, in the opening of the package, etc. and convert the light emission of the LED chip 103. Resin, glass, etc. for binding the yellow phosphors. In the coating portions 111 and 112 of the present invention, the thickness of the coating portion 111 provided on the LED chip 103 is substantially equal to the thickness of the coating portion 112 provided on a support other than the LED chip. The thickness of the coating portion 111 provided on the LED chip 103 and the coating portion 112 provided on the surface of the opening of the package serving as the support is the same as that of the particulate phosphor dispersed in the gas or liquid phase. By placing and settling, they can be formed relatively easily and substantially equally.
[0020]
In the coating portion, high energy light and the like emitted from the LED chip are also reflected by a cup or the like, so that the density is high. In addition, the particulate phosphor may also cause reflection and scattering, and the coating may be exposed to a high density of high energy light. Therefore, when a nitride-based semiconductor that has high luminous intensity and can emit high energy light is used as an LED chip, Si, Al, Ga, Ti, Ge, P, and the like have light resistance to such high energy light. It is preferable to use an oxide containing one or more of B and an alkaline earth metal as a binder.
[0021]
One of the main materials of the coating portion is SiO. 2 , Al 2 O 3 , MSiO 3 (In addition, M is, for example, Zn, Ca, Mg, Ba, Sr, etc. may be used.) What contains a particulate phosphor in a translucent inorganic member is suitably used. Particulate phosphors are bound by these light-transmissive inorganic members and deposited in layers on the LED chip and the support. The coating portion may contain an ultraviolet absorber together with the particulate phosphor.
[0022]
Such coating parts 111 and 121 mix well the particulate fluorescent substance used as the material of coating parts 111 and 121, and a binder, and eject it from the nozzle of discharge means 201 in container 202. In the container 202, a package 105 having an LED chip is disposed. The material ejected from the nozzle collects in the container 202 as a suspension. When the container 202 is allowed to stand, the phosphor particles precipitate and the phosphor film 204 is formed on the bottom of the container 202. After discharging the supernatant, the heated air released from the drying device 205 is blown and dried. Thereafter, each package 105 is taken out to obtain a light emitting diode having a particulate phosphor.
[0023]
(Particulate phosphor)
The phosphor used in the present invention is a particulate phosphor which emits light upon being excited by light emitted from at least the semiconductor light emitting layer of the LED chip 103. When the light emitted by the LED chip 103 and the light emitted by the particulate fluorescent substance are in a complementary color relationship or the like, white light can be emitted by mixing the respective lights. Specifically, the case where the light from the LED chip 103 and the light of the particulate fluorescent substance which is excited to emit light thereby correspond to the three primary colors of light (red, green and blue) or the LED chip 103 The emitted blue light and the yellow light of the particulate fluorescent substance which is excited to emit light can be mentioned.
[0024]
The luminescent color of the light emitting diode is the ratio of the particulate fluorescent substance to an inorganic member such as various resins or glass acting as a binder for the particulate fluorescent substance, the settling time of the particulate fluorescent substance, the shape of the particulate fluorescent substance, etc. Various white-based color tones such as light bulb color can be provided by adjusting the various and selecting the light emission wavelength of the LED chip. It is preferable that the light from the LED chip and the light from the phosphor be efficiently transmitted through the mold member to the outside of the light emitting diode.
[0025]
Specific particulate phosphors include copper sulfide activated cadmium zinc sulfide and cerium activated yttrium aluminum garnet phosphors. In particular, when using for a long time with high brightness (Re 1-x Sm x ) 3 (Al 1-y Ga y ) Five O 12 Preferred is Ce: (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, provided that Re is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd and La). Especially as particulate phosphors (Re 1-x Sm x ) 3 (Al 1-y Ga y ) Five O 12 When using Ce, the irradiance is placed in contact with or in close proximity to the LED chip and (Ee) = 3 W · cm -2 10 W cm or more -2 Also in the following, a light emitting diode having sufficient light resistance for high efficiency can be obtained.
[0026]
(Re 1-x Sm x ) 3 (Al 1-y Ga y ) Five O 12 The Ce phosphor is resistant to heat, light and moisture because of its garnet structure, and the peak of the excitation spectrum can be made to be around 470 nm. In addition, it can have a broad emission spectrum with a light emission peak at around 530 nm and a tail down to 720 nm. Furthermore, the emission wavelength is shifted to a short wavelength by substituting a part of Al of the composition with Ga, and the emission wavelength is shifted to a long wavelength by substituting a part of Y of the composition by Gd. It is possible to adjust emission color continuously by changing the composition in this manner. Therefore, it has ideal conditions for converting to white-based emission using blue-based emission of a nitride semiconductor, such as the intensity on the long wavelength side can be continuously changed by the composition ratio of Gd.
[0027]
Such phosphors use oxides as raw materials of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, or compounds which readily become oxides at high temperature, and they are sufficiently mixed in the stoichiometric ratio To get the raw material. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by firing a solution obtained by coprecipitation with oxalic acid of a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio, aluminum oxide and gallium oxide Mix to obtain mixed raw materials. An appropriate amount of a fluoride such as ammonium fluoride is mixed as a flux into the mixture and the mixture is packed in a crucible and fired in air at a temperature of 1350-1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a fired product. The fired product is then ball-milled in water, washed, separated, dried and finally passed through a sieve to obtain the desired particulate phosphor.
[0028]
In the light emitting diode of the present invention, the particulate phosphor may be a mixture of two or more types of particulate phosphors. That is, two or more types of (Al, Ga, Y, La, Gd, and Sm) having different contents (Re 1-x Sm x ) 3 (Al 1-y Ga y ) Five O 12 The Ce phosphors can be mixed to increase the wavelength components of RGB. At the present, there are some variations in the emission wavelength of the semiconductor light emitting element, and it is possible to obtain desired white light by mixing and adjusting two or more types of phosphors. Specifically, the amount of phosphors having different chromaticity points is adjusted and contained in accordance with the light emission wavelength of the light emitting element to emit light at an arbitrary point on the chromaticity diagram connected between the phosphors and the light emitting element be able to.
[0029]
Such particulate phosphors can be dispersed in the gas phase or liquid phase and uniformly released. Particulate phosphors in the gas phase or liquid phase precipitate by their own weight. In particular, by allowing the suspension to stand in the liquid phase, it is possible to form a layer having a more uniform particulate phosphor. A desired amount of particulate phosphor can be formed by repeating a plurality of times as desired.
[0030]
(LED chip 103)
The LED chip 103 used in the present invention is capable of exciting a particulate phosphor. The LED chip 103, which is a light emitting element, forms a semiconductor such as GaAs, InP, GaAlAs, InGaAlP, InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, InGaAlN, or the like as a light emitting layer on a substrate by MOCVD or the like. The structure of the semiconductor may be a homostructure, a heterostructure or a double heterostructure having a MIS junction, a PIN junction, a PN junction or the like. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the mixed crystal ratio thereof. In addition, the semiconductor active layer can be a single quantum well structure or a multiple quantum well structure formed in a thin film in which a quantum effect occurs. Preferably, a nitride-based compound semiconductor capable of efficiently emitting a relatively short wavelength capable of efficiently exciting a particulate phosphor (general formula In i Ga j Al k N, where 0 ≦ i, 0 ≦ j, 0 ≦ k, i + j + k = 1).
[0031]
When a gallium nitride-based compound semiconductor is used, materials such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, and GaN are suitably used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride with good crystallinity, it is more preferable to use a sapphire substrate. In the case of growing a semiconductor film on a sapphire substrate, it is preferable to form a buffer layer of GaN, AlN or the like and to form a gallium nitride semiconductor having a PN junction thereon. Also, SiO on sapphire substrate 2 It is also possible to use the GaN single crystal itself grown selectively as a mask as a substrate. In this case, SiO after forming each semiconductor layer 2 The light emitting element and the sapphire substrate can also be separated by etching away. The gallium nitride-based compound semiconductor exhibits N-type conductivity without doping with impurities. In the case of forming a desired N-type gallium nitride semiconductor to improve the luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C or the like as the N-type dopant. On the other hand, in the case of forming a P-type gallium nitride semiconductor, Zn, Mg, Be, Ca, Sr, Ba or the like which is a P-type dopant is doped.
[0032]
A gallium nitride-based compound semiconductor is hard to be converted to P-type only by doping with P-type dopant, and therefore it is preferable to make it P-type by annealing by furnace heating, low-speed electron beam irradiation or plasma irradiation after P-type dopant introduction. . Specifically, the layer structure of the light emitting element is a sapphire substrate having a buffer layer formed with gallium nitride, aluminum nitride or the like at a low temperature, an N-type contact layer which is a gallium nitride semiconductor, or an aluminum gallium gallium semiconductor on silicon carbide. An N-type cladding layer, an active layer which is an indium gallium nitride semiconductor doped with Zn and Si, a P-type cladding layer which is an aluminum gallium nitride semiconductor, and a P type contact layer which is a gallium nitride semiconductor Preferably it is mentioned. In order to form the LED chip 103, in the case of the LED chip 103 having a sapphire substrate, after forming exposed surfaces of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor by etching or the like, the sputtering method or vacuum evaporation method is performed on the semiconductor layer. Used to form each electrode of the desired shape. In the case of a SiC substrate, the conductivity of the substrate itself can be used to form a pair of electrodes.
[0033]
Next, the formed semiconductor wafer etc. is full cut directly by a dicing saw which is rotated by a blade having a diamond cutting edge, or after cutting a groove wider than the cutting edge width (half cutting), the semiconductor by external force Break the wafer. Alternatively, after an extremely thin scribe line (longitudinal line) is drawn on the semiconductor wafer, for example, in a grid shape by a scriber in which a tip of a diamond needle reciprocates linearly, the wafer is divided by external force and cut into chips from the semiconductor wafer. Thus, the LED chip 103 which is a nitride compound semiconductor can be formed.
[0034]
In the case of emitting a white light in the light emitting diode of the present invention, the main emission wavelength of the LED chip 103 is preferably 400 nm or more and 530 nm or less, more preferably 420 nm or more and 490 nm or less. In order to further improve the efficiency of the LED chip 103 and the particulate phosphor, respectively, 450 nm or more and 475 nm or less are more preferable.
[0035]
(Package 102)
The package 102 serves as a support for fixing and protecting the LED chip 103 in the recess. In addition, an external electrode 104 which can be electrically connected to the outside is included. The package 102 may have a plurality of openings according to the number and size of the LED chips 103. In order to provide a light shielding function, it is preferable to color in a dark system such as black or gray, or the light emission observation surface side of the package 102 is colored in a dark system. The package 102 can also be provided with a mold member 106 which is a translucent protective body in addition to the coating portions 111 and 112 in order to further protect the LED chip 103 from the external environment. The package 102 preferably has high adhesion to the coating portions 111 and 112 and the mold member 106 and high rigidity. It is desirable to have insulation in order to electrically disconnect the LED chip 103 from the outside. Furthermore, the package 102 preferably has a small coefficient of thermal expansion in consideration of adhesion with the mold member 106 when affected by heat from the LED chip 103 or the like.
[0036]
The inner surface of the concave portion of the package 102 can be embossed to increase the bonding area, or can be plasma-treated to improve the adhesion to the mold member. The package 102 may be integrally formed with the external electrode 104, or the package 102 may be divided into a plurality of pieces and combined and configured by fitting or the like. Such a package 102 can be relatively easily formed by insert molding or the like. As the package material, resins such as polycarbonate resin, polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP), ABS resin, epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, PBT resin, ceramic, etc. can be used. Moreover, various dyes and pigments are suitably used as a coloring agent for coloring the package 102 in a dark color system. Specifically, Cr 2 O 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 And carbon black.
[0037]
The bonding between the LED chip 103 and the package 102 can be performed by a thermosetting resin or the like. Specifically, epoxy resin, acrylic resin, imide resin, etc. may be mentioned. Further, Ag paste, carbon paste, ITO paste, metal bumps or the like are suitably used to fix the LED chip 103 and electrically connect it to the external electrode 104 in the package 102.
[0038]
(External electrode 104)
The external electrode 104 is for being used to supply power from the outside of the package 102 to the LED chip 103 disposed therein. Therefore, there are various ones such as a conductive pattern provided on the package 102 and one using a lead frame. Also, the external electrode 104 can be formed in various sizes in consideration of heat dissipation, electrical conductivity, characteristics of the LED chip 103, and the like. It is preferable that the external electrodes 104 have good thermal conductivity in order to dispose the respective LED chips 103 and to dissipate the heat released from the LED chips 103 to the outside. The specific electric resistance of the external electrode 104 is preferably 300 μΩ · cm or less, more preferably 3 μΩ · cm or less. The specific thermal conductivity is 0.01 cal / (s) (cm 2 ) (° C./cm) or more is preferable, and more preferably 0.5 cal / (s) (cm 2 ) (° C./cm) or more.
[0039]
As such an external electrode 104, a metal in which the surface of a copper or phosphor bronze plate is plated with silver, palladium, gold or the like, solder plating, or the like is suitably used. When a lead frame is used as the external electrode 104, it can be used variously depending on the electrical conductivity and the thermal conductivity, but the thickness is preferably 0.1 mm to 2 mm from the viewpoint of processability. A copper foil or a tungsten layer can be formed as the external electrode 104 provided on a support such as glass epoxy resin or ceramic. When using metal foil on a printed circuit board, it is preferable to be referred to as 18-70 micrometers as thickness, such as copper foil. In addition, gold, solder plating or the like may be applied on copper foil or the like.
[0040]
(Conductive wire 105)
The conductive wire 105 is required to have good ohmic property, mechanical connectivity, electrical conductivity and thermal conductivity with the electrode of the LED chip 103. Thermal conductivity is 0.01 cal / (s) (cm) 2 ) (° C./cm) or more is preferable, and more preferably 0.5 cal / (s) (cm 2 ) (° C./cm) or more. Further, the diameter of the conductive wire 105 is preferably ワ イ ヤ ー 10 μm or more and Φ45 μm or less in consideration of workability and the like. Specific examples of such a conductive wire 105 include conductive wires using metals such as gold, copper, platinum, aluminum, and their alloys. Such a conductive wire 105 can easily connect the electrode of each LED chip 103 to the inner lead, the mount lead, etc. by a wire bonding apparatus.
[0041]
(Mold member 106)
The mold member 106 can be provided to protect the LED chip 103, the conductive wire 105, the coating portion 111, 112 containing the particulate phosphor, and the like from the outside according to the use application of the light emitting diode. The mold member 106 can be formed using various resins, glass, or the like. As a specific material of the mold member 106, a transparent resin or glass having excellent weather resistance, such as an epoxy resin, a urea resin, or a silicone resin, is preferably used. Moreover, the directivity from LED chip 103 can be eased and a viewing angle can be increased by making a mold member contain a spreading | diffusion agent. Such a mold member 106 may use the same material as the binder of the coating portion or may use a different material. Examples of the present invention will be described below, but it goes without saying that the present invention is not limited to the specific examples.
[0042]
【Example】
Example 1
In the main emission peak 460nm as LED chip In 0.2 Ga 0.8 N semiconductors were used. In the LED chip, TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and dopant gas are flowed together with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate to form a gallium nitride compound semiconductor film by MOCVD method It was formed by SiH as dopant gas Four And Cp 2 A gallium nitride-based semiconductor having N-type conductivity and a gallium nitride-based semiconductor having P-type conductivity are formed by switching Mg and a PN junction is formed. As a semiconductor light emitting element, a contact layer which is a gallium nitride semiconductor having N-type conductivity, a cladding layer which is a gallium aluminum nitride semiconductor having P-type conductivity, and a contact layer which is a gallium nitride semiconductor having P-type conductivity are formed. I did. An active layer of non-doped InGaN having a thickness of about 3 nm and having a single quantum well structure was formed between the contact layer having N-type conductivity and the cladding layer having P-type conductivity. (Note that a gallium nitride semiconductor is formed on a sapphire substrate at low temperature to form a buffer layer. A semiconductor having P-type conductivity is annealed at 400 ° C. or higher after film formation)
After exposing each of the PN semiconductor surfaces on the sapphire substrate by etching, each electrode was formed by sputtering. After a scribe line was drawn to the semiconductor wafer thus completed, it was divided by an external force to form an LED chip of 350 μm square as a light emitting element.
[0043]
On the other hand, a chip type LED package was formed using a polycarbonate resin by insert molding. The chip type LED package has an opening in which the LED chip is disposed. In the package, a silver-plated copper plate is disposed as an external electrode. The LED chip is fixed using epoxy resin or the like inside the package. A gold wire which is a conductive wire is wire-bonded and electrically connected to each electrode of the LED chip and each external electrode provided on the package. Thus, 8280 packages in which the LED chips were disposed were formed. A resist film is formed on the surface of each package excluding the opening. The package in which 8280 LED chips are placed is placed in a container containing pure electrolyte.
[0044]
On the other hand, for the particulate phosphor, a solution in which rare earth elements of Y, Gd and Ce were dissolved in an acid at a stoichiometric ratio was coprecipitated with oxalic acid. A coprecipitated oxide obtained by firing this is mixed with aluminum oxide to obtain a mixed material. Ammonium fluoride was mixed with this as a flux, it packed in a crucible, and it baked at the temperature of 1400 degreeC in air for 3 hours, and obtained the baked product. The calcined product was ball-milled in water, washed, separated, dried and finally sieved to form. Formed (Y 0.8 Gd 0.2 ) 3 Al Five O 12 : Ce phosphor SiO 2 Dispersed in sol.
[0045]
Next, after adjusting the pH to 5.0 with acetic acid, immediately in the container in which the package was placed (Y 0.8 Gd 0.2 ) 3 Al Five O 12 : Ce phosphor and SiO 2 The sol is injected at once in suspension (Fig. 2 (A)). After standing (Y 0.8 Gd 0.2 ) 3 Al Five O 12 : Ce phosphor precipitates and precipitates on the package (FIG. 2 (B)). The waste liquid in the container is removed, and the package in which the particulate phosphors are deposited on the LED chip is dried with air heated to 120 ° C. (FIG. 2 (C)). After that, each light emitting diode is taken out from the container, and the particulate phosphor attached to the non-light emitting portion of the light emitting diode is removed together with the resist mask, so that the film thickness on the LED chip and the bottom of the package is about 40 μm. The part can be formed. Furthermore, for the purpose of protecting the LED chip and the particulate phosphor from external stress, moisture, dust and the like, a translucent epoxy resin was formed as a mold member in the package opening in which the coating was formed. After mixing the translucent epoxy resin, it was cured at 150 ° C. for 5 hours. Thus, a light emitting diode as a light emitting device as shown in FIG. 1 was formed.
[0046]
By supplying power to the obtained light emitting diode, it is possible to make the white system emit light. The color temperature and the color rendering were measured from the front of the light emitting diode. The color temperature was 8090 K, and Ra (color rendering index) = 87.5. Moreover, the light emission rate was 10.8 lm / W. Furthermore, about 8114 light emitting diodes are distributed in the range surrounded by x, y = (0.305, 0.315) ± 0.03 on the CIE chromaticity diagram, and the yield is about 98. %Met.
[0047]
(Comparative example 1)
In epoxy resin (Y 0.8 Gd 0.2 ) 3 Al Five O 12 A light emitting diode was formed in the same manner as in Example 1 except that the Ce phosphor was mixed and protruded from the nozzle to form a coating. In the cross section of the formed light emitting diode, the end face of the coating portion was raised and the amount of the particulate phosphor was uneven. The chromaticity point of the light emitting diode thus formed was measured in the same manner as in Example 1. The chromaticity point of the formed light emitting diode was approximately located on the line connecting the main emission peak of the LED chip and the main emission wavelength of the phosphor, but the yield was only about 61%.
[0048]
【Effect of the invention】
According to the present invention, a light emitting diode can be formed with high mass productivity, with very little unevenness in color tone on the light emission observation surface and variation among the light emitting diodes.
Brief Description of the Drawings
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a chip type LED which is a light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a forming apparatus for forming a light emitting diode of the present invention.
[Description of the code]
111 · · Coating part on LED chip
112 ··· Coating on the support
102 ... package
103 ... LED chip
104 ・ ・ ・ External electrode
105 ・ ・ ・ Conductive wire
106 ・ ・ ・ Mold member
201 ・ ・ ・ Ejection means to eject material of coating part
202 ・ ・ ・ container
203 ··· Material of the coating part ejected from the nozzle
204: Phosphor film
205 ・ ・ ・ Drying device for blowing heated air