JP2014056896A - 半導体を利用した発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】充分な発光特性を有し、耐久性も兼ね備える半導体を利用した発光デバイスを提供する。
【解決手段】ＬＥＤ発光装置１は、ベース基板２と、青色ＬＥＤチップ３と、回路パターン４と、透過性保護層５、第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体を利用した発光デバイス及びその製造方法に関する。詳しくは、発光素子の保護性能と発光特性を両立させた半導体を利用した発光デバイス及びその製造方法に係るものである。
ＬＥＤ素子（発光ダイオード）は、電圧の印加により発光する半導体素子であり、高輝度かつ長寿命であることや不要な紫外線や赤外線を含まない光が得られるといった特徴から、広く用いられている。用途としては、照明器具をはじめ、自動車のヘッドライト、電子機器のバックライト及び各種ディスプレイなどに応用されている。
ＬＥＤ素子から放出される光は、半導体を構成する化合物のバンドギャップに対応する周波数の単色光である。よって、放出される光の波長は化合物の種類に応じて変化するため、多様な発光色を発するＬＥＤ素子が製造されている。化合物として、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ｎ（窒素）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）及びＰ（リン）等が使用される。
ここで、ＬＥＤ素子を用いて白色光を生じさせる方法が検討されてきた。白色光は可視光領域の全域に渡って連続したスペクトルを含んだ光である。一方、ＬＥＤ素子はある狭い範囲の波長を有する光のみ放出するため、単一のＬＥＤ素子によって連続したスペクトルの光を放出することは困難である。
しかしながら、人間の視覚は、光の三原色に対応する３つのピーク波長または補色関係にある２つのピーク波長の混合色を白色光として認識する。この視覚特性を利用して、発光色が白色として認識される白色ＬＥＤが製造されている。
代表的な白色ＬＥＤとして、蛍光体と青色光又は紫外光を放出するＬＥＤ素子を組み合わせた蛍光体方式の白色ＬＥＤが存在する。この白色ＬＥＤは、蛍光物質を含む樹脂等で構成された蛍光体により、青色光又は紫外光を放出するＬＥＤ素子が封止された構造になっている。
ＬＥＤ素子が放出した光は、その一部が蛍光体により所定の波長の光に変換され、一部がそのまま放出される。この２種類の光が混合されて、人間の視覚には白色光として認識される。
こうしたなか、半導体量子ドットを用いて、所望の波長の光を放出することのできる発光デバイスに関する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１には、ＬＥＤ素子を封止する蛍光体中に、半導体量子ドットが含まれた発光デバイスが記載されている。
半導体量子ドットとは、最大粒子径が５０ｎｍ以下の非常に小さな半導体粒子をいう。ナノサイズの半導体結晶の内部に、電子を離散的なエネルギー準位量をとる状態に閉じ込めた構造をとっている。半導体量子ドットは、バンドキャップ（価電子帯及び伝導帯のエネルギー差）より大きなエネルギーの光子を吸収し、その粒径に応じた波長の光を放出する。つまり、一定以下の波長の光を吸収する性質を持ち、粒径を制御することで様々な波長の光を発生させることができる。
また、半導体量子ドットは、サイズが微小なため、発光デバイス中に高密度に生成させることが可能であり、発光デバイスに高い蛍光効率を持たせることができる。ここで蛍光効率とは、入力した光の光子数に対する、発光した光の光子数の比をさす。
詳しくは、特許文献１には、図９に示すようなＬＥＤ発光装置１００が記載されている。このＬＥＤ発光装置１００は、光源１０１の上部に、半導体量子ドット１０２、１０３が分散された第１の封止層１０４及び第２の封止層１０５が形成されている。光源１０１の光を吸収した半導体量子ドットが種類に応じた波長の光を発生させる発光デバイスとなっている。
特開２０１１−１４２３３６号公報
ここで、特許文献１の技術を用いる場合、光源は半導体量子ドットが分散された封止層に覆われている。半導体量子ドットは、熱を発する光源の周囲に存在することになり、封止層内部が高温になるほど、熱により半導体量子ドットの蛍光効率が低下してしまう。蛍光効率の低下は、半導体量子ドットの結晶格子が熱により振動し、フォノン散乱が生じ、エネルギーを失うことが原因と言われている。
また、高温環境に置かれた半導体量子ドットは、通常のものよりも早く劣化してしまうという問題がある。つまり、光源に近い封止層に分散された半導体量子ドットが、光源から離れた封止層に分散されたものよりも早く劣化してしまう。この結果、照明器具の様に、長時間の使用が想定される用途では、経時的に半導体量子ドットが変換する波長の光量が低下し、色調のバランスが崩れてしまうという不都合が生じることになる。
また、半導体量子ドットは、環境温度が高いほど、発生する蛍光の波長が長くなる（赤色側にシフトする）という性質を有する。そのため、光源に近い封止層に分散された半導体量子ドットから放出される蛍光の色が変化し、発光デバイス全体で所望の色調が得られないおそれがある。
また、半導体を利用した発光デバイスでは、半導体量子ドットを用いるものに限らず、光源となる発光素子や金ワイヤーを、樹脂等を用いた封止材で覆い、保護する構造を有している。封止材は、振動や湿気、熱や物理的な外部からの衝撃から発光素子を保護する。
しかし、封止材の原料となる樹脂に、半導体量子ドットや半導体量子トッドを分散させるための添加剤を加えることで、封止材の保護性能が悪くなってしまう問題がある。封止材に及ぼす悪影響として、透明性や透湿性の低下、封止材の硬化が阻害されるなどが見られる。この結果、発光素子が壊れやすくなり、発光デバイスの寿命が短くなってしまう不都合が生じる。
以上のように、光源の周辺に半導体量子ドットが分散された封止層が形成されることで、発光デバイス全体として、蛍光効率の低下などの色調に関する不具合、発光デバイスの劣化といった問題を有することになる。
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、充分な発光特性を有しながら、耐久性も兼ね備えた半導体を利用した発光デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体を利用した発光デバイスは、所定の回路パターンが設けられたベース基板と、該ベース基板上に設けられると共に、前記回路パターンと電気的に接続された発光素子と、該発光素子上の少なくとも一部に形成されると共に、同発光素子から放出された光が透過可能に構成された第１層封止部と、該第１層封止部上の少なくとも一部に形成されると共に、少なくとも１種類の半導体量子ドットを有する第２層封止部とを備える。
ここで、第１層封止部が発光素子上の少なくとも一部に形成されたことによって、発光素子が保護されることになり、半導体を利用した発光デバイスの耐久性を向上させることができる。
また、第１層封止部上の少なくとも一部に形成されると共に、少なくとも１種類の半導体量子ドットを有する第２層封止部を有することによって、第１層を透過した光を半導体量子ドットの種類に応じた蛍光へと変換することができる。このことは、所望の波長を有する光を第２層封止部の構成により作り出すことができることを意味する。
また、ベース基板上に設けられると共に、回路パターンと電気的に接続された発光素子と、第１層封止部上の少なくとも一部に形成されると共に、少なくとも１種類の半導体量子ドットを有する第２層封止部を有することによって、発光素子を第２層封止部でも保護することになり、さらに半導体を利用した発光デバイスの耐久性を向上させることができる。
また、第１層封止部に入射した光の波長と第１層封止部から放出される光の波長が略同一である場合には、第１層封止部の透過の前後で、光の波長がほとんど変換されないことになる。ここでいう、「入射した光の波長と放出される光の波長が略同一である」とは、第１層封止部には半導体量子ドットがほとんど含まれていないことを意味する。このことによって、第１層封止部の発光素子に対する保護性能が優れたものとなり、半導体を利用した発光デバイスの耐久性を向上させることができる。
また、第２層封止部が、２種類以上の半導体量子ドットを有する場合には、第２層封止部にて、複数の蛍光波長を有する光を放出することになる。このことは、複数の光を混合、調節できることになり、多様な色調を再現することができる。ここで、「種類が異なる」とは、異なる波長の光を放出する半導体量子ドットであることを意味する。
また、第３層封止部が第２層封止部上の少なくとも一部に形成された場合には、発光素子を第３層封止部でも保護することになり、さらに一層、半導体を利用した発光デバイスの耐久性を向上させることができる。
また、第３層封止部が、第２層封止部に含まれる半導体量子ドットが発する波長の光よりも波長の短い光を発する半導体量子ドットを有する場合には、第２層封止部にて変換、放出された光が、第３層封止部に分散された半導体量子ドットに吸収されなくなる。つまり、第３層封止部で減少しなくなるため、色調のバランスが崩れにくくなる。
また、発光素子が４９５ｎｍ以下の波長の光を放出する場合には、発光素子上に形成された各封止部に波長の短い光が入射することになる。半導体量子ドットは一定以下の波長の光を吸収する性質を持つため、光源となる発光素子が放出する光の波長が短いことで、利用できる半導体量子ドットの種類が豊富になる。ここでいう、波長の短い光とは、青色光や紫外光を意味している。
また、上記の目的を達成するために、本発明の半導体を利用した発光デバイスの製造方法は、発光素子を含む所定の回路基板上の少なくとも一部に同発光素子から放出された光が透過可能な第１層目の封止材を形成する工程と、少なくとも１種類の半導体量子ドットを含む第２層目の封止材を前記第１層目の封止材の上の少なくとも一部に形成する工程とを備える。
ここで、発光素子を含む所定の回路基板上の少なくとも一部に第１層目の封止材を形成することによって、発光素子を振動や湿気、熱や物理的な外部からの衝撃から保護する層を形成することができ、半導体を利用した発光デバイスの耐久性を向上させることができる。
また、少なくとも１種類の半導体量子ドットを含む第２層目の封止材を形成することによって、第１層を透過してきた光を半導体量子ドットの種類に応じた波長の光へと変換することができる層を形成することができ、所望の波長を有する光を作り出すことができる。
また、発光素子を含む所定の回路基板と、第１層目の封止材の上の少なくとも一部に形成される第２層目の封止材を有することによって、発光素子を第２層目の封止材でも保護することになり、さらに半導体を利用した発光デバイスの耐久性を向上させることができる。
また、第１層目の封止材を形成する工程と第２層目の封止材を形成する工程をポッティング加工で行う場合には、対象物を液状の樹脂で封入し、樹脂を硬化させるという単純な作業で処理できるため、半導体を利用した発光デバイスの製造を容易にすることができる。
本発明に係る半導体を利用した発光デバイスは、充分な発光特性を有し、耐久性も兼ね備えたものとなっている。
また、本発明に係る半導体を利用した発光デバイスの製造方法では、充分な発光特性を有し、耐久性も兼ね備えた半導体を利用した発光デバイスを製造することができる。
本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの一例を示す概略図である。 半導体量子ドットの種類に応じた蛍光の発生についての概略図である。 ベース基板及び透過性保護層の製造段階の概略図である。 第１の蛍光層および第２の蛍光層の製造段階の概略図である。 本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの変形例を示す概略図である。 半導体量子ドットの種類に応じた蛍光の発生について変形例での概略図である。 ベース基板及び透過性保護層の製造段階の変形例での概略図である。 第１の蛍光層および第２の蛍光層の製造段階の変形例での概略図である。 従来の半導体量子ドットを用いた発光デバイスの概略図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの一例を示す概略図である。図２は、半導体量子ドットの種類に応じた蛍光の発生についての概略図である。図５は、本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの変形例を示す概略図である。図６は、半導体量子ドットの種類に応じた蛍光の発生について変形例での概略図である。
ここで、図１に示すように、本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの一例であるＬＥＤ発光装置１は、ベース基板２と、青色ＬＥＤチップ３と、回路パターン４と、透過性保護層５と、第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７を備える。
まず、ベース基板２は、プラスチック製の略平板状の基材から形成されている。また、ベース基板２上には、第２リード電極９を介して、青色ＬＥＤチップ３が搭載されている。
また、回路パターン４は、電気的に分割された第１リード電極８及び第２リード電極９を有している。また、第１リード電極８と青色ＬＥＤチップ３は金ワイヤー１０で電気的に接続されている。また、ベース基板２の側部かつ第１リード電極８及び第２リード電極９の上部には、絶縁性の堤防部２０が形成されている（図５には存在せず）。堤防部２０もベース基板２と同じプラスチックで形成されている。
ここで、ベース基板２は、絶縁性を有する材料で形成されていれば充分であり、必ずしも素材がプラスチックに限定されるものではない。また、形状が略平板状の形状に限定されるものでもない。また、堤防部２０も、同様に素材がプラスチックに限定されるものではなく、ベース基板２と同じ素材に限られるものでもない。
また、回路パターン４は、青色ＬＥＤチップ３と回路が電気的に接続されていれば充分であり、電気的に分割された第１リード電極８、第２リード電極９及び金ワイヤー１０を用いた構成に限定されるものではない。
また、光源は青色ＬＥＤチップに限定されるものではない。より短い波長の光を放出する紫外ＬＥＤチップでもよいし、青色レーザーダイオードでも良い。
また、堤防部２０の素材や形状は特に限定されるものはなく、絶縁性で各封止層を囲める形状になっていれば充分である。
次に、ワイヤリングされた状態のベース基板２の上部は、青色ＬＥＤチップ３の搭載領域を中心に、周辺の領域まで透過性保護層５に覆われた形状になっている。また、透過性保護層５は透光性を有するエポキシ系樹脂によって形成されている。
また、図１に示すように、透過性保護層５の上部には、透過性保護層５の形成領域の略全領域を有する第１の蛍光層６が形成されている。また、第１の蛍光層６は、エポキシ系樹脂に半導体量子ドット１１が分散された封止材にて形成されている。
また、図１に示すように、第１の蛍光層６の上部には、第１の蛍光層６の形成領域の略全領域を有する第２の蛍光層７が形成されている。また、第２の蛍光層７は、エポキシ系樹脂に半導体量子ドット１２が分散された封止材にて形成されている。
ここで、必ずしも、ベース基板２の上部は、青色ＬＥＤチップ３の周辺の領域まで透過性保護層５に覆われる必要はない。青色ＬＥＤチップ３の搭載領域が覆われるように保護層が部分的に形成されていれば充分である。但し、青色ＬＥＤチップ３及び金ワイヤー１０を振動や熱などから充分に保護する観点から、ベース基板２の上部は、青色ＬＥＤチップ３の搭載領域を中心に、周辺の領域まで透過性保護層５に覆われた形状とされることが好ましい。
また、透過性保護層５は、青色ＬＥＤチップ３から放出される青色光を透過可能に構成されていれば充分であり、必ずしも素材がエポキシ系樹脂に限定されるものではない。ＬＥＤ発光装置の使用用途に応じて、電気特性や熱伝導性、強靱性など優先すべき特性を備える素材を選択することができる。
また、必ずしも、透過性保護層５の形成領域の略全領域を有する第１の蛍光層６が形成される必要はなく、部分的に形成されてもよい。但し、青色ＬＥＤチップ３から放出され、透過性保護層５を透過する青色光を充分に吸収できる観点から、透過性保護層５の形成領域の略全領域を有する第１の蛍光層６が形成されることが好ましい。
また、第１の蛍光層６の素材はエポキシ系樹脂に限定されるものではない。但し、ＬＥＤ発光装置の発光特性を向上させる観点から、第１の蛍光層６に用いる素材は、半導体量子ドットの分散性がよいものを選択することが好ましい。
また、必ずしも、第２の蛍光層７は形成される必要はない。但し、半導体量子ドットを異なる波長の光を発する種類ごとにわけて各層に分散させることができ、ＬＥＤ発光装置の発光特性を向上させることができる点から、第１の蛍光層６と併せて第２の蛍光層７が形成されることが好ましい。
また、第２の蛍光層７が形成される場合でも、第１の蛍光層６の形成領域の略全領域を有する第２の蛍光層７が形成される必要はなく、部分的に形成されてもよい。但し、青色ＬＥＤチップ３から放出された青色光を充分に吸収できる観点から、第１の蛍光層６の形成領域の略全領域を有する第２の蛍光層７が形成されることが好ましい。
また、ここで示す本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの一例であるＬＥＤ発光装置１は、３層構造のものであるが、層の数は４層以上になってもよい。即ち、第２の蛍光層７の上に、更に積層させた構造であってもよい。
また、第２の蛍光層７の素材はエポキシ系樹脂に限定されるものではない。但し、ＬＥＤ発光装置の発光特性を向上させる観点から、第２の蛍光層７に用いる素材は、半導体量子ドットの分散性がよいものを選択することが好ましい。
また、半導体量子ドット１１及び１２は、コアシェル型半導体量子ドットを用いている。コアシェル型半導体量子ドットは、発光部としてのコアが、保護膜としての第１シェル及び第２シェルにより二重に被膜された構造になっている。
また、コアはＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）、第１シェルはＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、第２シェルはＺｎＳ（硫化亜鉛）で形成されている。ＣｄＳｅとＺｎＳの界面に、両者の中間的な格子定数を持つＺｎＳｅ層がエピタキシャル的に挟み込まれている。また、他の実施例として、コアはＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅ固溶体、ＣｄＳｅＳ固溶体、ＺｎＣｄＳｅＳ固溶体を、第１シェルとしてＣｄＳ、ＺｎＣｄＳ固溶体、ＺｎＳを、第２シェルとしてＺｎＣｄＳ固溶体、ＺｎＳを用い、場合により第３シェルとしてＺｎＳを用いて４層構造とすることもある。
ここで、コアシェル型半導体量子ドットの構造は、コアがシェルによって二重に被膜されたものに限定されるものではなく、シェル１層で被膜されたもの、またはシェル３層で被膜されたものを用いてもよい。また、コア、第１シェル及び第２シェルの原料は、必ずしも、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ及びＺｎＳに限定されるものではない。但し、ＣｄＳｅとＺｎＳの間の格子のミスマッチによる歪みが、ＺｎＳｅの存在により緩和され、半導体量子ドットの物性が向上する点から、コアが２層のシェルで被膜されることが好ましい。
また、半導体量子ドット１１は蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）のもの、半導体量子ドット１２は蛍光波長が５２０ｎｍ（緑色）であるものを用いている。なお、青色ＬＥＤチップ３から放出される光の波長は４５０ｎｍ（青色）である。
ここで、半導体量子ドットの種類は限定されるものではなく、用途に応じて任意のものを用いることができる。また、各々の蛍光層に分散される量も限定されるものではない。但し、白色ＬＥＤを作る場合には、青色ＬＥＤチップ３から放出された青色光の一部が、緑色及び赤色に変換されて、各々の光を均等に有する白色光を放出できる点から、６６０ｎｍ（赤色）及び５２０ｎｍ（緑色）の蛍光を放出する半導体量子ドットが用いられることが好ましい。
また、半導体量子ドットの種類に応じて分散される層は、必ずしも限定されるものではない。但し、半導体量子ドット１１及び１２を分散させる層を、半導体量子ドットが放出する蛍光波長によって決定する利点が存在するため、以下、図２を用いて説明する。
まず、図２（ａ）は、光源に近い側の第１の蛍光層６に半導体量子ドット１２（蛍光波長５２０ｎｍ：緑色）が含まれ、第２の蛍光層７に半導体量子ドット１１（蛍光波長６６０ｎｍ：赤色）が含まれている。この場合、青色ＬＥＤチップ３から放出された青色光（蛍光波長４５０ｎｍ）の一部は、第１の蛍光層６の半導体量子ドット１２に吸収され、緑色光へと変換される。次に、青色光と緑色光の一部は、第２の蛍光層７の半導体量子ドット１１に吸収され、赤色光へと変換される。
ここでは、半導体量子ドットの、自身が放出する蛍光の波長よりも波長が短い光のエネルギーを吸収するという性質の為に、第１の蛍光層６から放出される緑色光の一部も第２の蛍光層７で吸収され赤色光に変換されてしまう。結果として、図２（ａ）に示すＬＥＤ発光装置では、赤色光が強く放出され、緑色光は弱まるため、ＬＥＤ発光装置全体の色調バランスが崩れやすくなる。
一方、図２（ｂ）は、光源に近い側の第１の蛍光層６に半導体量子ドット１１（蛍光波長６６０ｎｍ：赤色）が含まれ、第２の蛍光層７に半導体量子ドット１２（蛍光波長５２０ｎｍ：緑色）が含まれている。この場合には、青色光の一部は、第１の蛍光層６の半導体量子ドット１１に吸収され、赤色光へと変換される。次に、第２の蛍光層７の半導体量子ドット１２は、青色光の一部のみを吸収し、緑色光を放出する。第１の蛍光層６から放出される赤色光が吸収されることはない。よって、図２（ｂ）に示すＬＥＤ発光装置では、青色光、緑色光及び赤色光の、それぞれの光がバランスよく放出されることになる。
以下、ＬＥＤ発光装置１の製造方法について説明する。
図３は、ベース基板及び透過性保護層の製造段階の概略図である。図４は、第１の蛍光層および第２の蛍光層の製造段階の概略図である。図７は、ベース基板及び透過性保護層の製造段階の変形例での概略図である。図８は、第１の蛍光層および第２の蛍光層の製造段階の変形例での概略図である。
まず、青色ＬＥＤチップ３は、ウェハー上に複数形成されたものを分離して用いる。青色ＬＥＤチップ３の半導体材料としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＳｉＣ（炭化珪素）及びＧａＡｓ（ガリウムヒ素）を用いることができる。ウェハーは、これら半導体材料を用いた基板上にＮ型及びＰ型の結晶の層を成長させることで形成される。結晶を成長させる方法は、液相で温度差を用いて成長させる液相エピタキシャル成長などを用いることができる。ウェハーは市販のものを用いてもよい。
また、ベース基板２は、既知のプリント基板の製造方法で作ることができる。図３（ａ）に示すように、プラスチック性の基材の上に、電極の形状に加工したアルミニウム製の第１リード電極８及び第２リード電極９を配置する。配置した第１リード電極８及び第２リード電極９の上に、基材と同じプラスチック性の素材で形成された堤防部２０（図７（ａ）には存在せず）を載せ、基材と堤防部２０で挟んだ形にする。基材と堤防部２０を超音波処理で溶着する。回路パターン４中には、電気的に分割された第１リード電極８及び第２リード電極９が形成されたことになる。
また、電極上に、熱せられたＡｇ（銀）のペースト１６が塗布され、ペースト１６上に青色ＬＥＤチップ３を配置する。ペースト１６が硬化して、青色ＬＥＤチップ３が電極上に固定される。
また、第１リード電極８は、金ワイヤー１０で青色ＬＥＤチップ３とワイヤーボンディングを行い、第１リード電極８と青色ＬＥＤチップ３が電気的に接続される。これにより、青色ＬＥＤチップ３に電圧が印加可能になる。ここまでの工程でＬＥＤチップを含む回路基板が完成する。
次に、透過性保護層５を用いて、上記の回路基板を封止する。透過性保護層５は、青色ＬＥＤチップ３から放出される青色光に対して、透過性を有するエポキシ樹脂１７で形成される。封止はポッティング法で行い、エポキシ樹脂１７は熱硬化性の液状のものを用いる。
ここで、樹脂による封止の方法は、ポッティング法に限定されるものではなく、封止が可能であればどのような方法を用いてもよい。また、樹脂の硬化は熱硬化に限定されるものではなく、硬化できればどのような方法でもよい。例えば、ＵＶ硬化性の樹脂を用いてもよい。以上の点は、透過性保護層５だけでなく、第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７についても同様である。
図３（ｂ）に示すように、青色ＬＥＤチップ３及び金ワイヤー１０の上部から液状のエポキシ樹脂１７を滴下していく。滴下には、エポキシ樹脂１７が充填されたシリンジ１４を用い、シリンジ１４に設けられたニードル１５の先端部分から樹脂を滴下する。樹脂の注入量は、透過性保護層５が所望の厚みになるように適宜選択される。図７（ｂ）では、保持部１３を形成し、囲まれた空間に樹脂を滴下していく。
次に、エポキシ樹脂１７が滴下された状態の基材を加熱して、樹脂を硬化させる。樹脂の硬化にはヒーター（図示せず）を用い、遠赤外線ヒーターやＩＨヒーターにて加熱することができる。ここでは、１５０℃、５時間の条件でエポキシ樹脂１７を熱硬化させる。硬化したエポキシ樹脂１７が青色ＬＥＤチップ３及び金ワイヤー１０の保護層となる。
続いて、第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７の製造方法について説明する。
ここで、各蛍光層に含まれる半導体量子ドット１１及び１２は、溶液として調整される。コアシェル型半導体量子ドットは、例えば特開２００３−２２５９００号公報や再表２００５／０２３７０４号公報に記載の方法により製造できる。ＣｄやＺｎなどの原料を含む溶液を加熱したマイクロ流路内に通過させ、核微粒子、被膜構造を形成させる。このようなマイクロリアクターを用いた製造方法により、コアシェル型半導体量子ドットが得られる。
次に、コアシェル型半導体量子ドットは、精製、濃度調整を経て、揮発性の溶媒に分散され、蛍光体溶液が得られる。また、蛍光体溶液を調製する場合には、必要に応じて、ホスフィンやアミン系の化学品及びフッ素系やシリコーン系の樹脂のモノマーやポリマー等を用いて表面処理を行う。これにより、半導体量子ドットの物性や耐性が向上する。
続いて、蛍光体溶液は、二液性ポッティング剤の主剤または硬化剤と混合される。ここで、二液性ポッティング剤は、半導体量子ドットの種類と分散性に応じて、適宜選択することができる。二液性ポッティング剤の主剤または硬化剤との混合後、真空下で脱泡処理を行い、混合液内部の気泡を除去して、第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７に用いる封止材とする。
第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７による封止は、透過性保護層５による封止と同様に行う。
まず、図４（ａ）に示すように、透過性保護層５の上部から、半導体量子ドット１１を含む蛍光体溶液と混合された熱硬化性のエポキシ樹脂１８を滴下していく。シリンジ１４に充填されたエポキシ樹脂１８は、透過性保護層５の上部を覆っていく。樹脂の注入量は、第１の蛍光層６が所望の厚みになるように適宜選択される。
次に、エポキシ樹脂１８が滴下された状態の基材を加熱して、樹脂を硬化させる。樹脂は１５０℃の温度で、５時間の条件で硬化させる。樹脂の種類は、半導体量子ドットの分散性が良好なものが選択されることが好ましい。硬化したエポキシ樹脂１８が第１の蛍光層となる。
さらに、上記の工程で形成された第１の蛍光層６の上部に第２の蛍光層７を形成させる。図４（ｂ）に示すように、第１の蛍光層６の上部から、半導体量子ドット１２を含む蛍光体溶液と混合された熱硬化性のエポキシ樹脂１９を滴下していく。シリンジ１４に充填されたエポキシ樹脂１９は、第１の蛍光層６の上部を覆っていく。樹脂の注入量は、第２の蛍光層７が所望の厚みになるように適宜選択される。
次に、エポキシ樹脂１９が滴下された状態の基材を加熱して、樹脂を硬化させる。樹脂は１５０℃の温度で、５時間の条件で硬化させる。樹脂の種類は、半導体量子ドットの分散性が良好なものが選択されることが好ましい。硬化したエポキシ樹脂１９が第２の蛍光層となる。これにより、図１に示すような、ＬＥＤ発光装置１が完成する。
なお、第１の蛍光層６及び第２の蛍光層７の製造方法では、あらかじめ半導体量子ドットが含まれた樹脂をポッティング法に用いた。ここで、別の製造方法として、エポキシ樹脂等の樹脂のみをポッティング法で供給し、半導体量子ドットを含む蛍光体溶液を樹脂層の上面に塗布または吹き付けた後に樹脂を硬化させる方法も挙げられる。ここでも、樹脂の供給方法はポッティング法に限定されるものでなく、樹脂の硬化も熱硬化に限られるものではない。蛍光層の製造方法は、用いられる樹脂に対する半導体量子ドットの分散性を考慮して選択することができる。
本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスの一例であるＬＥＤ発光装置は、青色ＬＥＤチップから放出された青色光の一部を、第１の蛍光層及び第２の蛍光層に含まれる半導体量子ドットにより、赤色及び緑色に変換し、ＬＥＤ発光装置全体で白色光と認識される光を放出することができる。
また、熱源となる青色ＬＥＤチップが、エポキシ樹脂の透過型保護層により覆われるため、その上部に位置する各層に分散された半導体量子ドットの発光特性が損なわれにくくなる。この結果、ＬＥＤ発光装置全体の蛍光効率は向上する。また、青色ＬＥＤチップも保護性能に優れた樹脂によりしっかりと保護されるため、ＬＥＤ発光装置の耐久性も向上する。
このように、本発明を適用した半導体を利用した発光デバイスは、充分な発光特性を有し、耐久性も兼ね備えたものとなっている。
また、本発明に係る半導体を利用した発光デバイスの製造方法では、充分な発光特性を有し、耐久性も兼ね備えた半導体を利用した発光デバイスを製造することができる。
１ ＬＥＤ発光装置
２ ベース基板
３ 青色ＬＥＤチップ
４ 回路パターン
５ 透過性保護層
６ 第１の蛍光層
７ 第２の蛍光層
８ 第１リード電極
９ 第２リード電極
１０ 金ワイヤー
１１ 半導体量子ドット
１２ 半導体量子ドット
１３ 保持部
１４ シリンジ
１５ ニードル
１６ ペースト
１７ エポキシ樹脂
１８ エポキシ樹脂
１９ エポキシ樹脂
２０ 堤防部
Ｂ 青色の光を示す矢印
Ｇ 緑色の光を示す矢印
Ｒ 赤色の光を示す矢印

Claims (7)

  1. 所定の回路パターンが設けられたベース基板と、
    該ベース基板上に設けられると共に、前記回路パターンと電気的に接続された発光素子と、
    該発光素子上の少なくとも一部に形成されると共に、同発光素子から放出された光が透過可能に構成された第１層封止部と、
    該第１層封止部上の少なくとも一部に形成されると共に、少なくとも１種類の半導体量子ドットを有する第２層封止部とを備える
    半導体を利用した発光デバイス。
  2. 前記第１層封止部に入射した光の波長と同第１層封止部から放出される光の波長が略同一である
    請求項１に記載の半導体を利用した発光デバイス。
  3. 前記第２層封止部は、２種類以上の半導体量子ドットを有する
    請求項１または請求項２に記載の半導体を利用した発光デバイス。
  4. 前記第２層封止部上の少なくとも一部に形成されると共に、同第２層封止部に含まれる半導体量子ドットが発する蛍光よりも波長の短い蛍光を発する半導体量子ドットを有する第３層封止部を備える
    請求項１、請求項２または請求項３に記載の半導体を利用した発光デバイス。
  5. 前記発光素子は４９５ｎｍ以下の波長の光を放出する
    請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の半導体を利用した発光デバイス。
  6. 発光素子を含む所定の回路基板上の少なくとも一部に同発光素子から放出された光が透過可能な第１層目の封止材を形成する工程と、
    少なくとも１種類の半導体量子ドットを含む第２層目の封止材を前記第１層目の封止材上の少なくとも一部に形成する工程とを備える
    半導体を利用した発光デバイスの製造方法。
  7. 前記第１層目の封止材を形成する工程と前記第２層目の封止材を形成する工程は、ポッティング加工で行う
    請求項６に記載の半導体を利用した発光デバイスの製造方法。
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