JP2008117976A - 電気泳動を用いた色変換発光体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気泳動によって蛍光体層を付着させる際に、イオンマイグレーションによる元素析出を防止することのできる色変換発光体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】発光体装置１と陽極２２とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置し、発光体装置１の陽極２２側に補助陰極２３を対向配置する。発光体装置１の一の電極４が陽極電位よりも低電位となるように陽極２２との間に直流電圧を印加し、溶液２１中の蛍光体粒子を半導体発光素子まで移動させて付着させる。このとき、補助陰極２３の電位を半導体発光素子２の表面の電位よりも低電位に保つことにより、発光体装置１の金属領域５から溶出した陽イオンを補助陰極２３に引き寄せる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子の表面に、発光色を変換する蛍光体層を設けた色変換発光装置の製造方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の発する青色光の一部を蛍光体によって赤色光および緑色光に変換し、青赤緑の三色光が混合された白色光を発する光デバイスが知られている。このような光デバイスの構造としては、例えば、内面が光反射性のカップの内部に青色ＬＥＤチップを配置し、ＬＥＤチップの周囲のカップ内空間に蛍光体を充填した構造のものが知られている。

特許文献１には、ＬＥＤチップの周囲に配置される蛍光体層の厚みのムラによって発光色に色むらが生じるのを低減するために、電気泳動を利用して均一な厚さの蛍光体層をＬＥＤチップ表面に付着させる技術が開示されている。電気泳動工程では、蛍光体粒子、帯電剤および結合材の役目を果たす窒化アルミニウムを、イソプロピルアルコールおよび水を主とする溶液に加えて分散させ、この溶液中にＬＥＤチップおよびその支持部材（サブマウント）を陰極として配置し、陰極と対向配置した陽極との間に電界を印加する。耐電剤により正に帯電した蛍光体粒子は、電界を印加されることにより陰極に向かって電気泳動し、ＬＥＤチップ表面の導電性部分に堆積し、蛍光体層を形成する。
特開２００３−６９０８６号公報

上述したように電気泳動工程においては、ＬＥＤチップおよびその支持部材は溶液に浸され、電圧が印加される。このため、所定の条件の場合にＬＥＤチップおよびその支持部材上の元素がイオンマイグレーションにより溶出することがある。イオンマイグレーションが生じる条件とは、ＬＥＤおよびその支持基板に、上記イオンマイグレーションを生じやすい元素として知られるAg、Pb、Cu、Sn、Niのうちの同じ元素を用いた領域が２箇所以上存在し、その領域間に電位差がある場合である。この条件がそろった場合には、高電位領域から上記元素がイオンとなって溶出し、溶出したイオンは、その領域よりも低電位の領域に移動して析出するイオンマイグレーション現象が生じる。上記元素のうち特にAgはイオンマイグレーションを生じやすいことが知られている。

上記元素は、導電性であるため、隣接する電極パターン間に析出した場合には、電気的ショートの原因となり、信頼性の低下を招く。また、溶出したイオンは、蛍光体粒子と同様に正電荷を持つため電気泳動され、より低電位のＬＥＤチップの表面に析出することがある。析出した上記元素は、粒径が可視光波長よりも小さい微粒子であるため、蛍光体層内で黒色の光吸収点となり、ＬＥＤデバイスの光度の低下を招く。

本発明の目的は、電気泳動によって蛍光体層を付着させる際に、イオンマイグレーションによる元素析出を防止することのできる色変換発光体装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、電気泳動による蛍光体粒子の付着工程において、陽極と、蛍光体を堆積させたい半導体発光装置の間に補助陰極を設置する。この補助陰極を半導体発光装置の発光素子表面よりも低電位とすることにより、発光体装置の金属領域からイオンマイグレーションにより陽イオンが溶出した場合にも、当該陽イオンを補助陰極に引き寄せることができる。

具体的には、本発明の第１の態様によれば、以下のような色変換発光体装置の製造方法が提供される。すなわち、半導体発光素子を搭載した発光体装置と陽極とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置するとともに、発光体装置の陽極側に補助陰極を対向配置する工程と、発光体装置の一の電極と補助陰極とを電気的に接続し、一の電極および補助陰極の電位が陽極電位よりも低電位となるように陽極との間に直流電圧を印加することにより、溶液中の蛍光体粒子を半導体発光素子まで移動させ、半導体発光素子の表面に付着させる工程とを含む製造方法である。これにより、発光体装置の金属領域からイオンマイグレーションにより元素のイオンが溶出した場合にも、当該元素のイオンを補助陰極に引き寄せることができ、半導体発光素子の表面に前記元素が析出するのを防止できる。

また、本発明の第２の態様によれば、以下のような色変換発光体装置の製造方法が提供される。すなわち、半導体発光素子を搭載した発光体装置と陽極とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置するとともに、発光体装置の陽極側に補助陰極を対向配置する工程と、発光体装置の一の電極が陽極電位よりも低電位となるように陽極との間に直流電圧を印加し、補助陰極の電位を半導体発光素子の表面の電位よりも低電位に保ちながら、溶液中の蛍光体粒子を半導体発光素子まで移動させ、半導体発光素子の表面に付着させる工程とを含む製造方法である。

また、本発明の第３の態様によれば、以下のような色変換発光体装置の製造方法が提供される。すなわち、半導体発光素子を搭載した発光体装置と陽極とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置するとともに、発光体装置の陽極側に補助陰極を対向配置する第１工程と、発光体装置の一の電極が陽極電位よりも低電位となるように陽極との間に直流電圧を印加し、溶液中の蛍光体粒子を半導体発光素子まで移動させて付着させる第２工程とを有する。第２工程では、補助陰極の電位を半導体発光素子の表面の電位よりも低電位に保つことにより、発光体装置の金属領域からイオンマイグレーションにより陽イオンが溶出した場合にも、当該陽イオンを補助陰極に引き寄せることができる。

上述の第１〜第３の態様において、補助陰極は、蛍光体粒子を通過させるための複数の孔を有するものを用いることができる。これにより、蛍光体粒子は、補助陰極に形成した孔を通過して半導体発光素子に付着する。補助陰極は、半導体発光素子よりも大きく、半導体発光素子と向かい合う部分に開口を有するものを用いることも可能である。さらに、前記開口を半導体発光素子に対応する大きさとすることにより、発光体装置の半導体発光素子以外の部分に蛍光体が付着するのを防止することもできる。

また、補助陰極は、平板状であって前記半導体発光素子よりも大きく、半導体発光素子と向かい合う部分に前記半導体発光素子に対応する大きさの開口を有するものを用いることができる。さらに、前記開口を半導体発光素子に対応する大きさとすることにより、発光体装置の半導体発光素子以外の部分に蛍光体が付着するのを防止することもできる。

上述の発光体装置は、Ag、Pb、Cu、Sn、Niのうちの同一元素を含む二以上の金属領域を有するとき、蛍光体粒子の付着工程において当該金属領域に電位差が生じる場合には、当該金属領域のうちの高電位側から陽イオンが溶出し、イオンマイグレーションが発生する。この場合、発光体装置の当該金属領域から溶出する陽イオンを、補助陰極に引き寄せることにより、半導体発光素子への析出を防止できる。

上述の補助陰極は、導体の一部を、電位差の生じる高電位側の金属領域に対向する位置に配置することができる。これにより、高電位側の金属領域から溶出した陽イオンを補助陰極に効果的に引き寄せることができる。
上述の発光体装置が、Ag、Pb、Cu、Sn、Niのうちの同一元素を含む二以上の金属領域を、一の電極と他の一の電極において有する場合、補助陰極は導体の一部を、一の電極および他の一の電極のうちの高電位側の電極と向かい合う位置に配置することができる。これにより、高電位側の電極から溶出した陽イオンを補助陰極に効果的に引き寄せることができる。

本発明の一実施の形態の色変換発光体装置の製造方法について図面を用いて説明する。

まず、本実施の形態で製造する色変換発光体装置の構造について図１を用いて説明する。図１の色変換発光装置は、支持部材３に、GaNをベースとした青色ＬＥＤチップ（ダイ）２を搭載した構成であり、青色ＬＥＤチップ２は蛍光体層７によって被覆されている。

支持部材３は、絶縁性の基板３ａの表面に、ｐ型コンタクト取り出し電極４およびｎ型コンタクト取り出し電極５を備えている。ＬＥＤチップ２は、公知の青色ＬＥＤであり、図示していないが、支持部材３側から順に積層された、低電気抵抗のｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層、および、低電気抵抗のｎ型コンタクト層を含んでいる。ｎ型コンタクト層の上には、ボンディングパッドとなる表面電極が配置されている。ＬＥＤチップ２の最下面であるｐ型コンタクト層は、はんだ材料等により、支持部材３のｐ型コンタクト取り出し電極４上にダイボンディングされている。一方、ＬＥＤチップ２の表面電極は、ボンディングワイヤ６によりｎ型コンタクト取り出し電極５と接続されている。

青色ＬＥＤチップ２を覆う蛍光体層７は、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光体の粒子の層である。

図１の色変換発光体装置は、ｐ型コンタクト取り出し電極４とｎ型コンタクト取り出し電極５からＬＥＤチップ２に電流を流すと、ＬＥＤチップ２から青色光が発生する。蛍光体層７は、その青色光の一部を吸収して、黄色に色変換した蛍光を発光する。これにより、色変換発光体装置からは、黄色光と青色光を混色して得られる白色光が発光される。

次に、本実施の形態の色変換発光体装置の製造方法の概要について説明する。
まず、予め製造しておいたＬＥＤチップ２を支持部材のｐ型コンタクト取り出し電極４上にはんだ材料等を用いてダイボンディングした後、ＬＥＤチップ２の表面電極とｎ型コンタクト取り出し電極５をワイヤ６によりボンディングする。これにより、支持部材３にＬＥＤチップ１が搭載されたＬＥＤパッケージ１が得られる。なお、ＬＥＤチップ２および支持部材３の製造方法は、広く知られているのでここでは説明を省略する。

つぎに、ＬＥＤパッケージ１のＬＥＤチップ２の表面に電気泳動を用いて蛍光体層７を形成する。電気泳動は、基本的には二つの電極間（陽極と陰極）に電位差を加え、両極間に存在する「電荷を有する物質」を電場により移動させる現象である。電気泳動を利用することにより「電荷を有する物質」の電荷とは反対の極性を示す電極上に「電荷を有する物質」を堆積させることができる。（以下、この工程を電気泳動電着工程、または単に電着工程と呼ぶ。）本実施の形態では、電荷を付加した蛍光体粒子を分散した水溶液を用意し、ＬＥＤパッケージ１を陰極とし、陽極と対向させて溶液中に浸し、陰極陽極間に電圧を印加する。正電荷を付与した蛍光体粒子は、電気泳動によりＬＥＤパッケージ１の表面の導電性領域に移動し堆積する。

電着工程は、水を含んだ蛍光体分散溶液の導電性により、ＬＥＤパッケージ１の陽極と結線された金属部分以外の導電性部分にも電位が加わり、導電性部分はＬＥＤチップダイ２の構造上、等電位にはならない。ここで、ＬＥＤパッケージ１において、ＬＥＤチップダイ２の表面電極、ダイボンディングのはんだ材料、支持部材３上に形成した取り出し電極４，５等は、Ag、Pb、Cu、Sn、Niのうちの一つの元素を含んで構成され得る。そのため、これらの元素のうちの同一元素を含む二以上の領域を有する場合には、電位差が生じ、水溶液中でイオンマイグレーションが発生し、溶液中に陽イオンが溶出する。以下、説明容易化のため、本実施形態として、取り出し電極４および５にAgが用いられている場合について説明する。つまり、高電位側となる取り出し電極５から溶液中にAg^＋が溶出する。

本実施の形態では、電着工程において、イオンマイグレーションにより溶出したAgイオンが、ＬＥＤチップダイ２の表面や電極部で析出するのを防止するために、ＬＥＤパッケージ１（陰極）と陽極との間に補助陰極を設置し、溶出したAgイオンを補助陰極に堆積（トラップ）させる。この補助陰極の電位は、ＬＥＤチップダイ２表面の電位よりも低電位に保つ。これにより蛍光体を堆積させたいＬＥＤチップダイ２表面へのAg析出を防ぎ、その結果チップダイ２表面の蛍光体層７の黒化することを防止する。
以下、第１〜第３の実施の形態により、本発明の電着工程をさらに具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態として、メッシュ状の補助陰極を用いる電着工程について図２および図３を用いて説明する。

図２に示した装置は、電気泳動による電着装置であり、堆積処理槽２０には、蛍光体（ＹＡＧ）粒子が分散された溶液２１が満たされ、その底部に陽極（白金）２２が配置されている。ＬＥＤパッケージ１は、陰極として溶液２１の上部に陽極２２と対向するように配置される。ＬＥＤパッケージ１のｐ型コンタクト取り出し電極４は、配線２４によって直流電源２６の負極に接続されている。陽極は、配線２５により直流電源２６の正極に接続されている。

陰極となるＬＥＤパッケージ１と陽極２２との間には、イオンマイグレーションによりＬＥＤパッケージ１から溶出した金属イオンをトラップするための補助陰極２３が配置されている。補助陰極２３は、溶液２１中に存在する蛍光体粒子を通過させるためにメッシュ状である。

補助陰極２３は、図３に示したように、ＬＥＤパッケージ１と同等以上の大きさであり、ＬＥＤパッケージ１と所定の距離で向かい合って配置される。補助陰極２３とＬＥＤパッケージ１との間隔は、ＬＥＤパッケージ１から溶出した金属イオンを、補助陰極２３に到達させることのできる予め定められた距離である。例えば、２mm以内（もしくは、溶出源となる領域（ｎ型コンタクト取り出し電極５）と析出領域（ＬＥＤチップダイ２）との距離よりも小さい距離であること）が望ましい。

補助陰極２３は、直流電源２６の負極に接続されている。よって、補助陰極２３の電位は、ＬＥＤパッケージ１のｐ型コンタクト取り出し電極４と等電位である。なお、本実施の形態では直流電源２６の負極をグランド電位にしているため、補助陰極２３と、ＬＥＤパッケージ１のｐ型コンタクト取り出し電極４の電位はグランド電位であるが、必ずしもグランド電位である必要はなく、陽極２２よりも低電位であればよい。

補助陰極２３の網目の開口径は、溶液２１中に存在する蛍光体粒子を通過させるため、蛍光体粒子の大きさ（蛍光体粒子が凝集している場合は、その二次粒子の大きさ）より大きく設計されている。例えば、蛍光体粒子の二次粒子径が５μｍ程度である場合には、補助陰極２３の網目の開口径は、二次粒子径の少なくとも４倍以上であることが望ましい。補助陰極２３のメッシュは、網目の間隔（導電体部分（ワイヤ部分）の幅）を狭くすることにより導体部の総面積が小さくなるため、電着工程に必要な電力を少なくすることができるが、溶出したAgイオンを引き寄せる作用（トラップ能力）が小さくなる。また、網目の間隔（ワイヤ部分の幅）が広すぎると電極面積が増大することにより電着工程に要する電力が増大するとともに、補助陰極に電着される蛍光体も増大するために蛍光体使用効率（＝ＬＥＤチップダイ２上の蛍光体堆積量／全堆積量）が低下する。よって、網目の間隔（ワイヤ部分の幅）は、Agイオンのトラップ能力と蛍光体使用効率とを勘案して調整する。

なお、補助陰極２３は、導電体部分（ワイヤ部分）が、Agの溶出源となる領域（ｎ型コンタクト取り出し電極５）とできるだけ近い方がAgイオンを高効率でトラップできるため、補助陰極２３の導電体部分がｎ型コンタクト取り出し電極５と対向するように網目の位置をＬＥＤパッケージ１と位置合わせして配置することが望ましい。

補助陰極２３を構成する材料は、電着工程中に電気化学反応で溶出しない導電性基材を用いる。すなわち、イオンマイグレーションを生じやすいAg、Pb、Cu、Sn、Niを含まない導電性材料、例えばPtやSUS等の金属材料やカーボン材料などを使用することができる。

溶液２１は、蛍光体粒子（YAG）と、蛍光体粒子の帯電剤および結合材の役目を果たす硝酸マグネシウム（Mg(NO₃)₂）とを、イソプロピルアルコールおよび水を主とする溶媒に分散させたものである。例えば、蛍光体粒子（YAG）は4 g/L、硝酸マグネシウム（Mg(NO₃)₂）を5 mmol/Lの濃度となるように分散した溶液２１を用いることができる。蛍光体粒子の粒径は、一次粒子径で数ｎｍ〜数十μｍ、程度のものを用いることができる。

図２の構成の電着装置を用いて蛍光体層７を形成する場合には、溶液２１の入った堆積処理槽２０に、ＬＥＤパッケージ１をセットし、電源２６より所定の電圧を印加する。溶液２１中の蛍光体粒子には、硝酸マグネシウムが溶解してイオンとなることにより正電荷が付与されるため、蛍光体粒子は、陽極２２側から補助陰極２３および陰極であるＬＥＤパッケージ１に向けて電気泳動される。

蛍光体粒子の一部は、補助陰極２３上に堆積する。他の一部は、補助陰極２３のメッシュの開口を通過して、ＬＥＤパッケージ１に到達し、導電性領域に堆積する。具体的には、ＬＥＤパッケージ１におけるＬＥＤチップダイ２の表面、ｐ型コンタクト取り出し電極４、ｎ型コンタクト取り出し電極５およびワイヤ６に堆積する。

堆積処理槽２０からＬＥＤパッケージ１を取り出した後、ＬＥＤチップダイ２表面以外の部分に堆積した蛍光体粒子を拭き取る、もしくは吹き飛ばす等により取り除く。以上の工程により、ＬＥＤチップダイ２の表面に一様な厚さの蛍光体層７が形成された図１の色変換発光体装置を得ることができる。

電着工程において、ＬＥＤパッケージ１上の導電性部分の電位および補助陰極２３の電位は、ｐ型コンタクト取り出し電極４を電源２６の負極に接続しているため、次のようになる。
ｎ型コンタクト取り出し電極５＞ＬＥＤチップダイ２表面＞ｐ型コンタクト取り出し電極４＝補助陰極２２（＝グランド電位）

本実施の形態では、ｎ型コンタクト取り出し電極５とｐ型コンタクト取り出し電極４とがAgを含んでいるため、異なる電位が加わることによりイオンマイグレーションを生じる。すなわち、電位の高いｎ型コンタクト取り出し電極５からイオンマイグレーションによりAg^＋が溶出する。

(１)電位の高い側（電位の高いｎ型コンタクト取り出し電極５）でAgがイオン化する。
Ag → Ag^＋ ＋ e⁻
H_２O→Ｈ^＋ ＋ OH⁻
(２)イオン化したAg^＋が電離した溶液２１中のOH⁻と反応しAgOHを生成する。
(３)AgOHは不安定なため、酸化銀を析出するが、水分と電界存在下では可逆的な反応を示す。Ag₂O、AgOHは電気的に中性なため溶液中を拡散していく。
Ag_２O ＋Ｈ_２O⇔２AgOH⇔２Ag^＋ ＋２OH⁻
(４)Ag^＋はクーロン力により電位の低い側へ移動し、Agとして析出する。
Ag^＋ ＋ e⁻ → Ag

本実施の形態では、補助陰極２３がｐ型コンタクト取り出し電極４と同じ低電位（グランド電位）であるため、溶出したAgイオンは補助陰極２３にAgとして堆積し、トラップすることができる。これにより、蛍光体を堆積させたいＬＥＤチップダイ２表面へのAg析出を防ぎ、その結果チップダイ２表面の蛍光体層７が黒化することを防止できる。

なお、本実施の形態では、メッシュ状の補助陰極２３を用いたが、メッシュ状に限らず、板状の導体に貫通孔を所定の間隔で開けたパンチングメタルや、ストライプ状の開口を所定の間隔で並べた格子状の導体を用いることが可能である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、メッシュ状の補助陰極を用いる電着工程について図４および図５を用いて説明する。

第２の実施の形態で用いる電着装置を図４に示す。図４の装置は、第１の実施の形態の図２の装置と同様であるが、補助陰極４３の形状が異なっている。他の構成は、図２の装置と同様であるので説明を省略する。

第２の実施の形態の補助陰極４３は、図５に示すように、中央部に開口４４を有するメッシュ状である。開口４４は、ＬＥＤチップダイ２と同形状に形成されている。図５に示すように、補助陰極４３は、ＬＥＤパッケージ１のＬＥＤチップダイ２に対して、開口４４が対向するように位置合わせして配置されている。

なお、補助陰極４３の材質および網目の大きさ、ならびに、補助陰極４３とＬＥＤパッケージ１との間隔については、第１の実施の形態と同様とする。また、電着工程の作業手順についても第１の実施の形態と同様である。

第２の実施の形態では、ＬＥＤチップダイ２と対向する位置に開口４４を有する補助陰極４３を用いることにより、電着時には、溶液中の蛍光体粒子が開口４４を通ってＬＥＤチップダイ２の表面に効率よく堆積するため、補助陰極４３に付着する蛍光体の総量を第１の実施の形態の補助陰極２３と比較して低減できる。これにより、図１の構成の色変換発光体装置を効率よく製造することができる。また、補助陰極４３の導体部の総面積は、図２の補助陰極２３より小さいため、電着に必要な電力が少なくなるという利点もある。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態として、開口を備えた平板状の補助陰極を用いる電着工程について図６および図７を用いて説明する。

第３の実施の形態で用いる電着装置を図６に示す。図６の装置は、第１の実施の形態の図２の装置と同様であるが、補助陰極６３の形状が異なっている。他の構成は、図２の装置と同様であるので説明を省略する。

第３の実施の形態の補助陰極６３は、図６および図７に示すように、中央部に開口６４を有する平板状である。開口６４は、ＬＥＤチップダイ２と同形状に形成されている。補助陰極６３は、ＬＥＤパッケージ１のＬＥＤチップダイ２に対して、開口６４が対向するように位置合わせして配置されている。

第３の実施の形態では、図６に示したように、ＬＥＤパッケージ１として、ＬＥＤチップダイ２の周囲に反射リング８を備えるものを用いている。反射リング８は、ＬＥＤチップダイ２から発せられた光をＬＥＤチップダイ２の上方に向けて反射するミラーであり、ＬＥＤチップダイ２を取り囲むように配置されている。反射リング８が配置されていることにより、ＬＥＤパッケージ１の主平面の法線方向（上方）へ向けて指向性の高い光を発することができる。反射リング８は、内壁面に反射率を高めるAg層を備え、このAg層は、支持部３の電極４，５およびＬＥＤチップダイ２とは電気的に接続されていないが、溶液を介して電気的に接続するためイオンマイグレーションの発生源となり得る。しかしながら、本実施の形態では、反射リング８からイオンマイグレーションによりAgイオンが溶出した場合であっても、溶出したAgイオンを補助陰極６３によりトラップすることができる。

補助陰極４３の材質、ならびに、補助陰極４３とＬＥＤパッケージ１との間隔については、第１の実施の形態と同様とする。また、電着工程の作業手順についても第１の実施の形態と同様である。

第３の実施の形態では、ＬＥＤチップダイ２と対向する位置に開口６４を有する平板状の補助陰極６３を用いることにより、電着時には、溶液中の蛍光体粒子が開口６４を通ってＬＥＤチップダイ２の表面に堆積し、開口６４の周囲の平板状の部分は蛍光体粒子が通過できない。よって、補助陰極６３がマスクの作用をし、反射リング上等の不所望な領域に蛍光体層を形成することなく、ＬＥＤチップダイ２の表面のみに蛍光体層７を形成できる。このため、第１の実施の形態のように、ＬＥＤチップダイ２以外の部分に付着した蛍光体層を後工程で除去する必要がない。

また、平板状の補助陰極６３がｎ型コンタクト取り出し電極５に近接配置されるため、溶液中に溶出したAgイオンをメッシュ状の電極よりも効果的に引き寄せることができ、Agイオンを効率よくトラップすることができる。

なお、第３の実施の形態では、反射リング８が取り付けられたＬＥＤパッケージ１を用いる例について説明したが、図２のように反射リング８を備えないＬＥＤパッケージ１についても補助陰極６３を用いてAgイオンをトラップすることももちろん可能である。反射リング８を備えない場合、蛍光体粒子が補助陰極６３の開口６４の周囲に回り込むためマスキング効果は弱まるが、第１の実施の形態と同様に後工程で除去することにより、図１の構造のＬＥＤパッケージ１を製造することができる。

上述してきた第１〜第３の実施の形態のように、本発明では補助陰極２３，４３、６３によってAgイオンをトラップすることができる。よって、ＬＥＤチップダイ２を覆う蛍光体層７に、可視光波長よりも粒径の小さいAgが析出して光の吸収点となるのを防ぐことができる。また、電極パターン部にAgが析出して電気的ショートの原因となるのを防ぐことができる。したがって、第１〜第３の実施の形態の電着工程を用いて色変換発光体装置を製造することにより、ＬＥＤチップダイ２および蛍光体の発した光がAgによって吸収されないため光度が高く、しかも、電気的に信頼性の高い色変換発光体装置を製造することができる。

なお、Agに限らずイオンマイグレーションを生じやすい他の元素Pb、Cu、Sn、Niが溶出した場合についても、低電位の補助陰極に陽イオンが引き寄せられる作用は同様に生じるため、これらの元素のイオンを補助陰極によりトラップすることができる。また、イオンマイグレーションは、本実施形態で説明した取り出し電極４，５の組み合わせに限らず、他のAg、Pb、Cu、Sn、Niのうちの同一元素を含む２以上の金属領域の組み合わせによっても生じるため、これらの元素のイオンを補助陰極によりトラップすることができる。さらに、イオンマイグレーションの要因となり得る金属領域は、ＬＥＤチップやＬＥＤパッケージの構成によるが、ＬＥＤチップの電極、ＬＥＤチップ表面に設けた導電層、ＬＥＤチップ内に形成された金属層、支持部材上に形成された配線部や反射部、ＬＥＤチップと支持部材とを接合する接合材料、支持部材上に形成された反射壁等が考えられる。例えば、下地材料や積層構造の一層としてAg、Ni、Cuが用いられ、はんだ材料としてSn、Pb等が使用される。ここで、Ag、Pb、Cu、Sn、Niを含む金属領域は、LEDパッケージの最表面として構成されている場合だけでなく、下地層や積層構造中の一層（最表面ではない）として構成されている場合であっても、ピンホールを介してイオンマイグレーションの発生原因となり得る。したがって、ＬＥＤパッケージの構成によりイオンマイグレーションの発生し得る種々のパターンが考えられるが、本実施の形態の電着方法を用いることにより、イオンマイグレーションを生じやすいこれらの元素Pb、Cu、Sn、NiがＬＥＤパッケージ上で析出するのを防ぐことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上述した第３の実施の形態の電着工程により、図６の電着装置を用いてＬＥＤパッケージ１のＬＥＤチップダイ２の上面に蛍光体層７を形成した。

ＬＥＤパッケージ１と補助陰極６３との距離は、１ｍｍに設定した。溶液２１は、蛍光体粒子（YAG）を4 g/L、硝酸マグネシウム（Mg(NO₃)₂）を5 mmol／Lの濃度で、イソプロピルアルコールおよび水を主とする溶媒に分散させたものを用いた。図６の陽極２２と陰極（ＬＥＤパッケージ１）との間の電界は２００Ｖ／２０ｍｍに設定した。電着時間は、１５分であり、これにより厚さ約３０μｍの蛍光体層７を形成した。

一方、比較例として、補助陰極６３を配置せず、他の条件は実施例と同じにして電着により蛍光体層を形成した。

本実施例および比較例で得られたＬＥＤパッケージ１について、ＬＥＤチップダイ２の部分を撮影した写真を図８（ａ）および（ｂ）に示す。図８（ａ）から明らかなように実施例のＬＥＤパッケージ１は蛍光体層７が黒化しておらず、蛍光体層は黄色（蛍光体粒子の色）であった。これに対し、図８（ｂ）のように比較例のＬＥＤパッケージは蛍光体層が、電界が集中するチップ角を中心に黒化（茶褐色化）した部分が見られた。

つぎに、比較例のＬＥＤパッケージで黒化した部分に堆積している黒化物を特定するために、蛍光体を含まない溶液を用い、補助陰極６３を配置しないで電着工程を行い、ＬＥＤパッケージ試料を作成した。用いた溶液は、蛍光体粒子を含まない他は、実施例および比較例の溶液２１と同じであり、具体的には、硝酸マグネシウム（Mg(NO₃)₂）を5 mmol/Lの濃度で、イソプロピルアルコールおよび水を主とする溶媒に溶解した溶液である。電着に用いた装置は、図６の装置であり、補助陰極６３は配置しなかった。

得られたＬＥＤパッケージ１の表面には、堆積物の層が形成されており、電界が集中するチップ角を中心に黒化（茶褐色化）した部分が見られた。黒化している部分の堆積物と、黒化していない部分の堆積物について、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）を行った。その結果を、図９（ａ）、（ｂ）に示す。

図９（ａ）、（ｂ）のグラフのピークを比較すると、黒化している部分および黒化していない部分にも共通して検出された物質は、Mg(OH)_２、MgOおよびMgCO_３であり、Mg化合物であった。一方、黒化している部分の分析結果である図９（ｂ）には、Ag元素（図９（ｂ）の矢印部分）が検出され、イオンマイグレーションにより移動・析出したAgが黒化の原因であることが確認できた。なお、この試料は、蛍光体を含まない溶液を使用して作製したものであるので、このAgやＭg化合物等、図９（ａ），（ｂ）のグラフに表れている物質は、蛍光体粒子に由来するものではない。

これらのことから補助陰極６３を配置しないで作製した比較例のＬＥＤパッケージ（図８（ｂ））の黒化の原因は、イオンマイグレーションにより移動・析出したAgであることがわかった。

以上のことから、本実施例の補助陰極６３を用いる電着工程では、イオンマイグレーションにより溶出したAgを補助陰極６３でトラップし、ＬＥＤパッケージ１（図８（ａ））に析出させないため黒化が見られないことが確認できた。よって、本実施例の電着工程を用いることにより、電気泳動によって蛍光体層を付着させる際に、イオンマイグレーションによる元素が蛍光体層や電極間に析出するのを防止できるため、光度が高く、電極の信頼性の高い色変換発光体装置を製造することができる。

本実施の形態で製造する色変換発光体装置の断面図。 第１の実施の形態の電着工程で用いる電着装置の説明図。 第１の実施の形態の電着装置の陽極２２と補助陰極２３とLEDパッケージ１の斜視図。 第２の実施の形態の電着工程で用いる電着装置の構成を示す説明図。 第２の実施の形態の電着装置の陽極２２と補助陰極４３とLEDパッケージ１の斜視図。 第３の実施の形態の電着工程で用いる電着装置の構成を示す説明図。 第１の実施の形態の電着装置の陽極２２と補助陰極６３とLEDパッケージ１の斜視図。 （ａ）実施例において蛍光体層７を電着したＬＥＤパッケージ１についてのＬＥＤチップダイ２部分の写真であり、（ｂ）比較例として補助陰極を用いずに蛍光体層７を電着したＬＥＤパッケージ１についてのＬＥＤチップダイ２部分の写真である。 （ａ）本実施例において蛍光体粒子を含まない溶液で電着した試料における黒化部分のＸＰＳ分析結果を示すグラフ、（ｂ）前記試料の黒化していない部分のＸＰＳ分析結果を示すグラフ。

符号の説明

１…ＬＥＤパッケージ、２…ＬＥＤチップ（ダイ）、３…支持部材、３ａ…絶縁性の基板、４…ｐ型コンタクト取り出し電極４、５…ｎ型コンタクト取り出し電極、６…ボンディングワイヤ、７…蛍光体層、２０…堆積処理槽、２１…溶液、２２…陽極、２３…メッシュ状の補助陰極、２４…配線、２５…配線、４３…開口を有するメッシュ状の補助陰極、４４…開口、６３…開口を有する平板状の補助陰極、６４…開口。

Claims (9)

1. 半導体発光素子を搭載した発光体装置と陽極とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置するとともに、前記発光体装置の前記陽極側に補助陰極を対向配置する工程と、
   前記発光体装置の一の電極と補助陰極とを電気的に接続し、前記一の電極および補助陰極の電位が前記陽極電位よりも低電位となるように前記陽極との間に直流電圧を印加することにより、前記溶液中の前記蛍光体粒子を前記半導体発光素子まで移動させ、前記半導体発光素子の表面に付着させる工程とを含むことを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
2. 半導体発光素子を搭載した発光体装置と陽極とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置するとともに、前記発光体装置の前記陽極側に補助陰極を対向配置する工程と、
   前記発光体装置の一の電極が前記陽極電位よりも低電位となるように前記陽極との間に直流電圧を印加し、前記補助陰極の電位を前記半導体発光素子の表面の電位よりも低電位に保ちながら、前記溶液中の前記蛍光体粒子を前記半導体発光素子まで移動させ、前記半導体発光素子の表面に付着させる工程とを含むことを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
3. 半導体発光素子を搭載した発光体装置と陽極とを、蛍光体粒子を分散した溶液中に配置するとともに、前記発光体装置の前記陽極側に補助陰極を対向配置する第１工程と、
   前記発光体装置の一の電極が前記陽極電位よりも低電位となるように前記陽極との間に直流電圧を印加し、前記溶液中の前記蛍光体粒子を前記半導体発光素子まで移動させて付着させる第２工程とを有し、
   前記第２工程では、前記補助陰極の電位を前記半導体発光素子の表面の電位よりも低電位に保つことにより、前記発光体装置の金属領域から溶出した陽イオンを前記補助陰極に引き寄せることを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色変換発光体装置の製造方法において、前記補助陰極は、前記蛍光体粒子を通過させるための複数の孔を有することを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の色変換発光体装置の製造方法において、前記補助陰極は、前記半導体発光素子と向かい合う部分に開口を有することを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
6. 請求項５に記載の色変換発光体装置の製造方法において、前記開口は、前記半導体発光素子に対応する大きさであることを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の色変換発光体装置の製造方法において、前記半導体発光素子を搭載した発光体装置は、Ag、Pb、Cu、Sn、Niのうちの同一元素を含む二以上の金属領域を有することを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の色変換発光体装置の製造方法において、前記二以上の金属領域のうち少なくとも二つは、電位差があることを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の色変換発光体装置の製造方法において、前記補助陰極の導体の一部は、前記二以上の金属領域の高電位側の金属領域に対向する位置に配置されることを特徴とする色変換発光体装置の製造方法。