JP3617587B2 - 発光ダイオード及びその形成方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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。
【０００２】
【従来技術】
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ぽく、その周囲方向にリング状に黄、緑や赤色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ぽい白、緑色ぽい白、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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、支持体上に配置されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光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であって、
前記ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、前記ＬＥＤチップ上以外の支持体上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、が略等しく均一であり、前記コーティング部は、粒子状蛍光体と、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｎ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物を含む透光性無機部材とからなり、且つ、色むらを低減するよう前記透光性無機部材により前記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てなることを特徴とする発光ダイオードである。
【０００９】
また、本発明は、支持体上に配置されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光を吸収し波長変換して蛍光を発する粒子状蛍光体とを有し、前記ＬＥＤチップからの発光と前記蛍光との混色光を発光可能な発光ダイオードであって、
前記ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、前記ＬＥＤチップ上以外の支持体上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、が略等しく均一であり、前記コーティング部は、粒子状蛍光体と、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｎ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物を含む透光性無機部材とからなり、且つ、色むらを低減するよう前記透光性無機部材により前記粒子状蛍光体が結着され層状にＬＥＤチップや支持体上に体積されてなることを特徴とする発光ダイオードである。
【００１０】
【００１１】
さらに本発明は、上記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ粒子状蛍光体が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とすることができる。
【００１２】
さらに本発明は、上記ＬＥＤチップの主発光ピークが４００ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ粒子状蛍光体の主発光波長がＬＥＤチップの主発光ピークよりも長い発光ダイオードとすることができる。
【００１３】
さらに本発明は、上記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ前記粒子状蛍光体が（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅである請求項１乃至４に記載の発光ダイオード。
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発光ダイオード。
【作用】
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できる。
【００１４】
コーティング部がＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物である無機物で粒子状蛍光体をバインドする。これによりＬＥＤチップからの比較的高いエネルギー光を高密度に照射した場合でもコーティング部が着色劣化することがなくなる。そのため、長時間高輝度に発光させても輝度が低下することがない発光ダイオードとすることができる。
【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。
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
（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。
【００２８】
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ヤ、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ヤ基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
（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。
【００３４】
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。
（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。
（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。
【００３５】
【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ヤ基板上に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を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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
（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。
【００４０】
【発明の効果】
コーティングの厚みが均一な本発明の発光ダイオードとすることにより各方位による色度のずれが極めて少なく、発光観測面から見て色調ずれがない発光ダイオードとさせることができる。また、歩留まりの高い発光ダイオードとすることができる。
【００４１】
特に、本発明の請求項１に記載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。
【００４２】
本発明の請求項２に記載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。
【００４３】
【００４４】
本発明の請求項３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より輝度の低下や色ずれが少なく白色系が発光可能な発光ダイオードとすることができる。
【００４５】
本発明の請求項４の構成とすることにより、白色発光可能でより発光効率の高い発光ダイオードとすることができる。
【００４６】
本発明の請求項５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より輝度の低下や色ずれが少なく白色系が発光可能な発光ダイオードとすることができる。
【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

Claims (5)

  1. 支持体上に配置されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光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であって、
    前記ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、前記ＬＥＤチップ上以外の支持体上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、が略等しく均一であり、前記コーティング部は、粒子状蛍光体と、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｎ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物を含む透光性無機部材とからなり、且つ、色むらを低減するよう前記透光性無機部材により前記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てなることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 支持体上に配置されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光を吸収し波長変換して蛍光を発する粒子状蛍光体とを有し、前記ＬＥＤチップからの発光と前記蛍光との混色光を発光可能な発光ダイオードであって、
    前記ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、前記ＬＥＤチップ上以外の支持体上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の厚みと、が略等しく均一であり、前記コーティング部は、粒子状蛍光体と、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｎ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物を含む透光性無機部材とからなり、且つ、色むらを低減するよう前記透光性無機部材により前記粒子状蛍光体が結着され層状にＬＥＤチップや支持体上に体積されてなることを特徴とする発光ダイオード。
  3. 前記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ前記粒子状蛍光体が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請求項１又は２に記載の発光ダイオード。
  4. 前記ＬＥＤチップの主発光ピークが４００ｎｍから５３０ｎｍであり、前記粒子状蛍光体の主発光波長が前記ＬＥＤチップの主発光ピークよりも長い請求項１乃至３に記載の発光ダイオード。
  5. 前記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ前記粒子状蛍光体が（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅである請求項１乃至４に記載の発光ダイオード。
    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発光ダイオード。
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