JP2006210491A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、半導体発光素子と、その半導体発光素子からの光の少なくとも一部の光を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質とを備えた発光装置であって、半導体発光素子107は、その半導体発光素子からの光に対して透光性を有する導電部材108と、蛍光物質101が固着された結着部材102とを備え、結着部材102は、有機金属材料からなり、導電部材108を介して半導体発光素子107に配されていることを特徴とする発光装置である。
【選択図】 図1
Description
SiO2により蛍光物質が固着されてなる結着部材は、アルキルシリケートとアルコールやアセトンのような有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体(粉体)を均一に分散させた混合溶液を調整して、その混合溶液中で電気泳動沈着することにより形成することができる。
Al2O3を主成分とする結着剤により蛍光体が固着されてなる結着部材は、アルミニウムアルコレート、あるいはアルミニウムアルコキサイドと有機溶剤とを所定の割合で混合してなるアルミナゾル中に粒子状蛍光体を均一に分散させた混合溶液を材料として、電気泳動沈着を行うことにより形成することができる。例えば、イソプロピルアルコールを母液とする溶液に、有機溶剤としてアセトン、アルミナゾルおよび蛍光物質を含有させて混合溶液とする。
本形態における半導体発光素子は、予め図2に示されるように、その基板側が発光観測面となるように、支持基板103に対してフリップチップ実装されている。
本形態における半導体発光素子として、LEDチップについて説明する。LEDチップを構成する半導体発光素子としては、ZnSeやGaNなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を使用する場合には、その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(InXAlYGa1−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、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。
本形態における支持基板(以下、「サブマウント」と呼ぶことがある。)とは、少なくとも半導体素子の電極に対向する面に導体配線が施され、フリップチップ実装された半導体素子を固定・支持するための部材である。さらに、支持基板を実装基板のリード電極に導通させるときには、半導体素子に対向する面からリード電極に対向する面にかけて導体配線が施される。
本形態において、封止部材とは、被覆する結着部材や半導体素子を外部環境からの外力、塵芥や水分などから保護するためのものである。また、封止部材は、蛍光物質を含有することもできる。
本形態における発光装置は、半導体発光素子からの光により励起されて異なる波長を有する光を発する蛍光物質を備えることができる。無機蛍光体や有機蛍光体のような種々の蛍光物質は、例えば、以下に述べる各構成部材中および/または各構成部材の周辺に配置または含有させることもできる。
(1)半導体発光素子の半導体素子構造や保護膜。例えば、半導体や半導体発光素子の保護膜の成膜工程において、成膜材料に蛍光物質あるいは付活剤(付活剤となる元素のイオン)を含有させることにより形成することができる。
(2)発光素子あるいはサブマウントを覆う波長変換部材。このような波長変換部材は、例えば、エポキシ樹脂のような透光性樹脂や、石英、ガラス、耐光性の高いシリコーン樹脂に蛍光物質を含有させて、成型することにより所望の形状とすることができる。
(3)発光素子やサブマウントを支持体に固着させるダイボンド材。例えば、エポキシ樹脂や金属アルコキシドを出発原料としてゾルゲル法により生成される透光性無機材料や、銀ペーストのような金属微粒子含有の導電性ペーストに蛍光物質を含有させて、発光素子やサブマウントを支持体にダイボンドすることができる。
(4)サブマウントおよびパッケージのような支持基体。例えば、サブマウントあるいはパッケージのような支持基体の成型材料に蛍光物質あるいは付活剤を含有させることにより形成することができる。
本形態におけるアルミニウム酸化物系蛍光体とは、Alを含み、かつY、Lu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及びSmから選択された少なくとも一つの元素と、Ga及びInから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、LEDチップから発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。
本形態におけるルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、一般式(Lu1−a−bRaMb)3(Al1−cGac)5O12(但し、RはCeを必須とする少なくとも1種以上の希土類元素である。MはSc、Y、La、Gdから選択される少なくとも1種の元素であり、0.0001≦a≦0.5、0≦b≦0.5、0.0001≦a+b<1、0≦c≦0.8である。)で表される蛍光体である。例えば、組成式が(Lu0.99Ce0.01)3Al5O12、(Lu0.90Ce0.10)3Al5O12、(Lu0.99Ce0.01)3(Al0.5Ga0.5)5O12で表される蛍光体である。
本形態における窒化物系蛍光体とは、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一つの元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体である。窒化物系蛍光体は、赤色系の光を発光可能な蛍光体であり、可視光、紫外線等又は他の蛍光体(例えば、YAG系蛍光体)からの発光を吸収することによって励起され発光する。つまり、この窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された光(例えば、青色光)の一部を吸収して、黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体を励起する発光スペクトルは、360〜495nmであることが好ましい。さらに、440〜480nm近傍の発光スペクトルを有することが好ましい。窒化物系蛍光体の発光スペクトルは、560〜700nm近傍にピーク波長を有することが好ましい。さらに、600〜680nm近傍にピーク波長を有することが好ましい。例えば、Sr2Si5N8:Eu,Pr、Ba2Si5N8:Eu,Pr、Mg2Si5N8:Eu,Pr、Zn2Si5N8:Eu,Pr、SrSi7N10:Eu,Pr、BaSi7N10:Eu,Ce、MgSi7N10:Eu,Ce、ZnSi7N10:Eu,Ce、Sr2Ge5N8:Eu,Ce、Ba2Ge5N8:Eu,Pr、Mg2Ge5N8:Eu,Pr、Zn2Ge5N8:Eu,Pr、SrGe7N10:Eu,Ce、BaGe7N10:Eu,Pr、MgGe7N10:Eu,Pr、ZnGe7N10:Eu,Ce、Sr1.8Ca0.2Si5N8:Eu,Pr、Ba1.8Ca0.2Si5N8:Eu,Ce、Mg1.8Ca0.2Si5N8:Eu,Pr、Zn1.8Ca0.2Si5N8:Eu,Ce、Sr0.8Ca0.2Si7N10:Eu,La、Ba0.8Ca0.2Si7N10:Eu,La、Mg0.8Ca0.2Si7N10:Eu,Nd、Zn0.8Ca0.2Si7N10:Eu,Nd、Sr0.8Ca0.2Ge7N10:Eu,Tb、Ba0.8Ca0.2Ge7N10:Eu,Tb、Mg0.8Ca0.2Ge7N10:Eu,Pr、Zn0.8Ca0.2Ge7N10:Eu,Pr、Sr0.8Ca0.2Si6GeN10:Eu,Pr、Ba0.8Ca0.2Si6GeN10:Eu,Pr、Mg0.8Ca0.2Si6GeN10:Eu,Y、Zn0.8Ca0.2Si6GeN10:Eu,Y、Sr2Si5N8:Pr、Ba2Si5N8:Pr、Sr2Si5N8:Tb、BaGe7N10:Ceなどが挙げられるがこれに限定されない。
上述の蛍光物質の他、本形態における蛍光物質には、さらに下記の一般式で表される酸窒化物蛍光体を含有させることができる。
LxMyOzN{(2/3x+(4/3)y−(2/3)z}:R
ただし、LはBe、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選択される少なくとも1種の元素を有し、MはC、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群より選択される少なくとも1種の元素を有する。また、Nは窒素で、Oは酸素、Rは希土類元素である。x、y、zは以下の数値を満足する。
x=2、4.5≦y≦6、0.01<z<1.5
またはx=1、6.5≦y≦7.5、0.01<z<1.5
またはx=1、1.5≦y≦2.5、1.5≦z≦2.5
以下、酸窒化物蛍光体の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されないことは言うまでもない。まず、所定配合比となるように、Lの窒化物、Mの窒化物および酸化物、希土類元素の酸化物を原料として混合する。各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
本形態における発光装置は、発光素子が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光体として、ユウロピウムで付活されたアルカリ土類金属珪酸塩を有することもできる。アルカリ土類金属珪酸塩は、青色領域の光を励起光とし、暖色系の混色光を発光する発光装置とすることができる。該アルカリ土類金属珪酸塩は、以下のような一般式で表されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩が好ましい。
(2−x−y)SrO・x(Ba,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
(2−x−y)BaO・x(Sr,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0.01<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
ここで、好ましくは、a、b、cおよびdの値のうち、少なくとも一つが0.01より大きい。
次に、本実施の形態におけるアルカリ土類金属珪酸塩からなる蛍光体の製造工程を説明する。アルカリ土類金属珪酸塩の製造のために、選択した組成に応じて出発物質アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムの化学量論的量を密に混合し、かつ、蛍光体の製造に常用の固体反応で、還元性雰囲気のもと、温度1100℃および1400℃で所望の蛍光体に変換する。この際、0.2モル未満の塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加することが好ましい。また、必要に応じて珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもできるし、ユウロピウムの一部をマンガンで置換することもできる。
本実施の形態において、蛍光体として紫外から可視領域の光により励起されて発光する蛍光体も用いることができ、具体例として、以下の蛍光体が挙げられる。
(1)Eu、MnまたはEuとMnで付活されたアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体;例えば、M5(PO4)3(Cl、Br):Eu(但し、MはSr、Ca、Ba、Mgから選択される少なくとも一種)、Ca10(PO4)6ClBr:Mn,Euなどの蛍光体。
(2)Eu、MnまたはEuとMnで付活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体;例えば、BaMg2Al16O27:Eu、BaMg2Al16O27:Eu,Mn、Sr4Al14O25:Eu、SrAl2O4:Eu、CaAl2O4:Eu、BaMgAl10O17:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mnなどの蛍光体。
(3)Euで付活された希土類酸硫化物蛍光体;例えば、La2O2S:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Euなどの蛍光体。
(4)(Zn、Cd)S:Cu、Zn2GeO4:Mn、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn、Mg6As2O11:Mn、(Mg、Ca、Sr、Ba)Ga2S4:Eu、Ca10(PO4)6FCl:Sb,Mn、や(5)Euで付活された有機錯体蛍光体。
101・・・蛍光物質
102・・・結着部材(蛍光体層)
103・・・支持部材
104・・・導体配線
105・・・絶縁部材
106・・・バンプ
107・・・半導体発光素子
108・・・導電部材
109・・・p電極
110・・・n電極
111・・・延伸部
112・・・括れ部
113・・・混合溶液
114・・・電極
Claims (10)
- 半導体発光素子と、その半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質とを備えた発光装置であって、
前記半導体発光素子は、その半導体発光素子からの光に対して透光性を有する導電部材と、前記蛍光物質が固着された結着部材とを備え、
前記結着部材は、有機金属材料からなり、前記導電部材を介して前記半導体発光素子に配されていることを特徴とする発光装置。 - 前記導電部材は、前記半導体発光素子の透光性基板側に配されている請求項1に記載の発光装置。
- 前記結着部材は、透光性樹脂により被覆されている請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記結着部材の屈折率は、前記透光性樹脂の屈折率より大きい請求項3に記載の発光装置。
- 前記導電部材は、亜鉛(Zn)、インジウム(In)あるいはスズ(Sn)よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物よりなる請求項1乃至4に記載の発光装置。
- 前記有機金属材料は、Al、Sn、Si、Ti、Y、Pbあるいはアルカリ土類金属から選択される元素を含む金属アルコキシドである請求項1乃至5に記載の発光装置。
- 半導体発光素子と、該半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質とを備えた発光装置の製造方法であって、
有機金属材料からなるゾル溶液に蛍光物質を含有させ、該蛍光物質を帯電させる工程と、
前記半導体発光素子を導電部材にて被覆する工程と、
前記蛍光物質を含有させたゾル溶液に、前記半導体発光素子を浸漬させる工程と、
前記導電部材に対して前記蛍光物質の帯電と異なる極性の電圧を印可することにより、前記有機金属材料からなるゾルおよび前記蛍光物質を泳動させ、前記半導体発光素子に堆積させる工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記半導体発光素子を導電部材にて被覆する工程は、前記半導体発光素子の絶縁性基板側においてなされる請求項7に記載の発光装置の製造方法。
- 前記導電部材は、亜鉛(Zn)、インジウム(In)あるいはスズ(Sn)よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物よりなる請求項7または8に記載の発光装置の製造方法。
- 前記有機金属材料は、Al、Sn、Si、Ti、Y、Pbあるいはアルカリ土類金属から選択される元素を含む金属アルコキシドである請求項7乃至9に記載の発光装置の製造方法。
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