JP2007142318A

JP2007142318A - 発光素子

Info

Publication number: JP2007142318A
Application number: JP2005336934A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Ito; 優輝伊藤; Hitoshi Omori; 仁大森
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】複数種の蛍光体を用いる際に所望の蛍光体の濃度割合の蛍光体膜を形成すること。また、青色光の光度ロスを抑制することができる発光素子を提供する。
【解決手段】サファイア基板の一方の主面に設けられ、紫外光を発光する窒化ガリウム系半導体積層体と、サファイア基板の他方の主面に設けられた赤色発光蛍光体膜、緑色発光蛍光体膜及び青色発光蛍光体膜を有する。赤色発光蛍光体膜、緑色発光蛍光体膜及び青色発光蛍光体は互いの形成領域が重なることなくサファイア基板の他方の主面を覆っている。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子の発光層から放射される発光光の波長を変換する蛍光体を含有する蛍光体膜を備える半導体発光素子に関する。

近年、液晶ディスプレイのバックライトとして、半導体発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）が光源として利用されている。このような光源として、図１に示すように、サファイア基板の主面に窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））からなる半導体積層体を有する青色光を発光するＬＥＤチップ（以下、「青色ＬＥＤチップ」という。）１とこれを封止する封止樹脂３に黄色発光蛍光体４を混入させて白色光を発光するＬＥＤ（以下、「白色ＬＥＤ」という。）５が用いられることが多い。

このような白色ＬＥＤの代表的な例を図１に示す。この白色ＬＥＤ５では、青色ＬＥＤチップ１から発光した光が封止樹脂２を介して白色ＬＥＤ５の外部に抜けるまでの光路Ｄ１、Ｄ２の違いによって、黄色発光蛍光体４に変換される青色光の割合が異なる。すなわち、光路Ｄ１では、白色ＬＥＤ５の外部に抜けるまでの距離が短く、光路Ｄ２では、ケース２の内面に沿って青色光が進行するため、白色ＬＥＤ５の外部に抜けるまでの距離が長い。そのため、光路Ｄ１では、黄色発光蛍光体４に変換される青色光の割合が少なく、青みを帯びた白色光が観測され、光路Ｄ２では、黄色発光蛍光体４に変換される青色光の割合が多く、黄色みを帯びた白色光が観測される。このような理由から、白色ＬＥＤ５を見る視野角によって、色度の違いが生じていた。

この問題を解消するために、ＬＥＤチップに蛍光体を含有させた樹脂からなる膜厚が一定の蛍光体膜を設け、発光光が蛍光体膜を通過する際の光路差がほとんど生じない方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
また、この白色ＬＥＤ５では、緑色及び赤色のスペクトル成分が少ないため、液晶ディスプレイの色再現性は十分ではない。

この問題を解消するために、青色ＬＥＤチップと緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体との組合わせ、または、紫外光を発光するＬＥＤチップ（以下、「紫外ＬＥＤチップ」という。）と青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体との組合わせたＬＥＤにより緑色及び赤色のスペクトル成分を多く含む白色光を得る方法が提案されている。

従って、例えば、図２に示すように、紫外光又は青色光を発光する半導体積層体１１が形成されたサファイア基板１２の主面とは反対側の主面に、その発光光にない光の３原色の光を発光する蛍光体を含む蛍光体膜１３を形成することにより、上記の２つの問題を解決できる白色ＬＥＤチップ１０が得られる。すなわち、図２に示す白色ＬＥＤチップ１０により、色再現性が向上し、視野角による色度の違いを改善することができる。
特開２００３−１１１１０９号公報特開２００４−１３４８０５号公報

ところで、上記の特許文献に記載されている蛍光体膜１３は、蛍光体を含有させた液状の樹脂を硬化させることにより形成され、更に、複数種の蛍光体を用いる場合、同一の液状の樹脂に複数種の蛍光体が混入される。この際、蛍光体の比重が各種類ごとに異なるため、液状の樹脂内で蛍光体が沈降する度合いは各蛍光体毎に異なる。そのため、蛍光体膜１３となる樹脂を供給する際に、樹脂内に含まれる各蛍光体の濃度にばらつきを生じていた。このような理由から、所望の蛍光体の濃度割合の蛍光体膜１３を形成することは困難であった。

また、赤色発光蛍光体は、波長変換効率が低く、青色光を吸収する割合が高いので、青色光の光度ロスが大きいという問題が生じていた。

本発明は、以上のような問題点を鑑みてなされたものであって、複数種の蛍光体を用いる際に所望の蛍光体の濃度割合の蛍光体膜を形成することを目的とする。

また、本発明は、青色光の光度ロスを抑制することができる発光素子を提供することを目的とする。

上記の課題は、基板と、前記基板の一方の主面に設けられ、紫外光を発光する半導体積層体と、前記基板の他方の主面に設けられた赤色発光蛍光体膜、緑色発光蛍光体膜及び青色発光蛍光体膜を有する発光素子において、前記赤色発光蛍光体膜、前記緑色発光蛍光体膜及び前記青色発光蛍光体は互いの形成領域が重なることなく前記基板の他方の主面を覆っていることを特徴とする発光素子により解決される。

または、上記の課題は、基板と、前記基板の一方の主面に設けられ、青色光を発光する半導体積層体と、前記基板の他方の主面に設けられた赤色発光蛍光体膜及び緑色発光蛍光体膜を有する発光素子において、前記赤色発光蛍光体膜及び前記緑色発光蛍光体膜が形成されない領域を有することを特徴とする発光素子により解決される。

本発明によれば、複数種の蛍光体を同一の樹脂に混入することなく、各々の蛍光体毎に分けて樹脂に混入し、蛍光体膜を形成したので、蛍光体の比重の違いによる蛍光体の濃度割合のばらつきを抑制することができる。また、本発明の青色光は、ほとんど赤色発光蛍光体膜を通過せず、そのまま発光素子の外部に放射される。そのため、赤色発光蛍光体による青色光の吸収を抑えることができる。

以下に、図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の斜視図である。

本実施の形態に係る発光素子２０は、サファイア基板２１と、サファイア基板２１の一方の主面上に形成された半導体積層体２２と、サファイア基板２１の他方の主面上に形成された赤色発光蛍光体膜２３Ｒ、緑色発光蛍光体膜２３Ｇ及び青色発光蛍光体膜２３Ｂを備えている。

蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂは、それぞれ赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び青色発光蛍光体を含有する樹脂膜からなる。そして、各々の蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂの形成領域が互いに重ならず、かつ、サファイア基板１１の主面を露出しないように隙間なくストライプ状に形成されている。

半導体積層体２２は、窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１））からなり、後述するｐ電極とｎ電極との間に電圧を印加することにより、紫外光を発光するように形成されている。尚、電極は紫外光をサファイア基板２１側に取り出すために、光反射性の金属材料からなる。そして、この紫外光が蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂに達すると、各々の蛍光体が励起されて、赤色光、緑色光及び青色光を発光する。これらの光の混合により白色光が得られるようになっている。

このような構成を備える本実施の形態の発光素子によれば、赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び青色発光蛍光体を同一の樹脂に混入することなく、各々の蛍光体毎に分けて樹脂に混入し、蛍光体膜１３Ｒ,１３Ｇ,１３Ｂを形成したので、蛍光体の比重の違いによる蛍光体の濃度割合のばらつきを抑制することができる。

また、青色発光蛍光体膜２３Ｂにより波長変換された青色光は、ほとんど赤色発光蛍光体膜２３Ｒを通過せず、そのまま発光素子２０の外部に放射される。そのため、赤色発光蛍光体膜２３Ｒによる青色光の吸収を抑えることができる。

次に、図３（ａ）に示す発光素子の製造方法について説明する。

まず、図４に示すように、サファイア基板２１の一方の主面上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、ＡｌＮからなる低温堆積バッファ層２２１、ＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層２２２、ＧａＮとＧａ_０．０３Ｉｎ_０．９７Ｎからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層２２３、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなるｐ型層２２４、ＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ^＋型層２２５を順次積層する。次に、ドライエッチングにより、所定の領域のｐ^＋型層２２５、ｐ型層２２４、発光層２２３及びｎ型層２２２の一部を除去してｎ型層２２２を露出させる。最後に、ｐ^＋型層２２５の表面にＲｈ/Ａｕからなるｐ電極２２６ｐ、露出したｎ型層２２２の表面にＶ/Ａｌからなるｎ電極２２６ｎを蒸着により形成する。

その後、赤色発光蛍光体を含有したフォトレジストをサファイア基板２１の一方の主面に塗布した後に、フォトリソグラフィー法を用いて露光及び現像を行い、ストライプ状の赤色発光蛍光体膜２３Ｒを形成する。次に、上記と同様の手法により、緑色発光蛍光体を含有したフォトレジスト及び青色発光蛍光体を含有したフォトレジストを用い、ストライプ状の緑色蛍光体膜２３Ｂ及び青色蛍光体膜２３Ｇをサファイア基板の同じ主面に形成する。

青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び赤色発光蛍光体としては、以下に示す蛍光体が挙げられる。
（青色発光蛍光体）
（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_ｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ
（緑色発光蛍光体）
（Ｂａ，Ｍｇ）_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇＡｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ
（赤色発光蛍光体）
Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
以上の工程を経て、図３（ａ）に示す発光素子２０を製造することができる。

尚、上記の製造方法では、フォトリソグラフィー法を利用して蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂを形成したが、赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び青色発光蛍光体を含有させたペースト状のエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を各々用意し、これらをスクリーン印刷によりサファイア基板に塗布した後、硬化させて各蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂを形成してもよい。

また、蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂは、図３（ａ）に示すように、必ずしもストライプ状の形状に形成する必要はない。例えば、図３（ｂ）に示すように、サファイア基板の主面の中央に蛍光体膜２３Ｇを設け、蛍光体膜２３Ｇを囲むように枠状の蛍光体膜２３Ｂを形成し、さらに、蛍光体膜２３Ｇを囲むように枠状の蛍光体膜２３Ｒを形成してサファイア基板の表面を覆ってもよい。このように、蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇ,２３Ｂの形状及び配置は適宜変更してもよい。
（第２の実施の形態）
図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の斜視図である。

本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、図４に示す半導体多層構造２２内の発光層がＧａＮとＧａ_０．２Ｉｎ_０．８Ｎからなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）２２３から形成されている点、及び、青色発光蛍光体膜２３Ｂが形成されておらず、これに対応する領域においてサファイア基板が露出している点にある。

このような発光素子では、ｐ電極とｎ電極との間に電圧を印加すると、発光層２２３から青色光を発光する。そして、この青色光が蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇに達すると、各々の蛍光体が励起されて、赤色光及び緑色光を発光する。また、蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇが形成されていない領域からは青色光を放射する。これらの光の混合により白色光が得られるようになっている。

このような構成を備える本実施の形態の発光素子によれば、赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体を同一の樹脂に混入することなく、各々の蛍光体毎に分けて樹脂に混入し、蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇを形成したので、蛍光体の比重の違いによる蛍光体の濃度割合のばらつきを抑制することができる。

また、半導体積層体から発光される青色光は、赤色発光蛍光体膜２３Ｒを通過せずにサファイア基板から発光素子の外部に直接放射される領域が存在する。そのため、赤色発光蛍光体膜２３Ｒによる青色光の吸収を抑えることができる。

本実施の形態の発光素子の製造方法については、第１の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

尚、本実施の形態においても、蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇは、図５（ａ）に示すように、必ずしもストライプ状の形状に形成する必要はなく、第一の実施の形態と同様に、蛍光体膜２３Ｒ,２３Ｇの形状には特に限定されない。例えば、図５（ｂ）に示すように、サファイア基板２１の主面の中央に蛍光体膜２３Ｇを設け、蛍光体膜２３Ｇから一定距離をおいて蛍光体膜２３Ｇを囲むように枠状の蛍光体膜２３Ｂを形成してもよい。

図１は、従来のＬＥＤを示す断面図である。図２は、従来のＬＥＤ素子を示す斜視図である。図３（ａ）,（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発光素子の斜視図である。図４は、本発明の発光素子の半導体積層体を示す断面図である。図５（ａ）,（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る発光素子の斜視図である。

符号の説明

２０発光素子（ＬＥＤチップ）
２１サファイア基板（基板）
２２半導体積層体
２３Ｒ赤色発光蛍光体膜
２３Ｇ緑色発光蛍光体膜
２３Ｂ青色発光蛍光体膜

Claims

基板と、
前記基板の一方の主面に設けられ、紫外光を発光する半導体積層体と、
前記基板の他方の主面に設けられた赤色発光蛍光体膜、緑色発光蛍光体膜及び青色発光蛍光体膜を有する発光素子であって、
前記赤色発光蛍光体膜、前記緑色発光蛍光体膜及び前記青色発光蛍光体は互いの形成領域が重なることなく前記基板の他方の主面を覆っていることを特徴とする発光素子。
前記赤色発光蛍光体膜、前記緑色発光蛍光体膜及び前記青色発光蛍光体膜は、各々の蛍光体を含有するフォトレジストから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記赤色発光蛍光体膜、前記緑色発光蛍光体膜及び前記青色発光蛍光体膜は、各々の蛍光体を含有するエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
基板と、
前記基板の一方の主面に設けられ、青色光を発光する半導体積層体と、
前記基板の他方の主面に設けられた赤色発光蛍光体膜及び緑色発光蛍光体膜を有する発光素子であって、
前記他方の主面には、前記赤色発光蛍光体膜及び前記緑色発光蛍光体膜が形成されない領域を有することを特徴とする発光素子。
前記赤色発光蛍光体膜及び前記緑色発光蛍光体膜は、各々の蛍光体を含有するフォトレジストから形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
前記赤色発光蛍光体膜及び前記緑色発光蛍光体膜は、各々の蛍光体を含有するエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂から形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。