JP4222017B2 - Light emitting device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置に関し、特に色むらの少ない均一な発光、例えば白色光を高出力で得ることが可能な発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、高輝度、高出力な半導体発光素子や小型且つ好感度な発光装置が開発され種々の分野に利用されている。このような発光装置は、小型、低消費電力や軽量等の特徴を生かして、例えば、光プリンターヘッド光源、液晶バックライト光源、各種メータの光源、及び各種読みとりセンサー等に利用されている。
【0003】
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が可能である。また、半導体素子であるため球切れがなく、初期駆動特性及び耐震性に優れ、さらに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広く利用されている。しかしながら、LEDは優れた単色性の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難しい。
【0004】
そこで近年、発光素子によって発光された光が蛍光体によって色変換されて出力される発光ダイオードが用いられている。この発光ダイオードは、1種類の発光素子を用いて白色系など他の発光色を発光させることができる。
【0005】
例えば、白色系の発光装置を構築する場合、半導体発光素子から青色光を発光させる一方、前記半導体発光素子を封止する封止樹脂中に黄色系の光を発光する蛍光物質を分散させ、該蛍光物質に半導体発光素子からの発光の一部を吸収させ波長変換して黄色光を発光させ、これら青色光と黄色光との混色により白色系の混色光が発光可能な発光ダイオードを形成することができる(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特表2000−512806号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように形成された発光ダイオード間において、著しく色のバラツキが観測される。
【0008】
白色系発光ダイオードが屋内用のディスプレイや照明に利用され、より色調が厳格に求められる現在では、これらの色バラツキは大きな問題となっている。
【0009】
一方、定電力下において発光のバラツキが極めて少ない白色系発光ダイオードを選択してLED表示器などを構成させることもできるが、歩留まりが極めて悪いものとなる。
【0010】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、色むらの少ない均一な混色光を高出力で得ることが可能で且つ発光装置間にて色バラツキの少ない量産性に優れた発光装置を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光装置は、同一面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能な発光素子と、該発光素子の光の一部を吸収し異なる波長を有する光を発光することが可能な蛍光物質を有してなる色変換層と、を有する発光装置であって、前記発光素子は、表面に外部電極を有する基面に対し、導電粒子を有して成る異方性導電層を介してフリップチップ実装されており、前記色変換層は、前記発光素子の周囲に延在した前記異方性導電層上に接して積層され、前記発光素子の側方端面は、厚み方向において一方側は前記異方性導電層にて被覆され他方側は前記色変換層にて被覆されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の特徴の1つは、発光面側に電極等光を遮る部材を配置しないと共に、発光素子の側方端面の一部を色変換層にて被覆し前記側方端面の他の部分を導電性粒子を有する異方性導電層にて被覆する点にある。これにより、前記発光素子の電極形成面側及び前記側方端面から発光される光の一部を色変換層の底面側に配置された異方性導電層に導き、導かれた光を前記異方性導電層中の導電粒子により反射散乱させ、上層部の色変換層へと効率よく取り出すことができる。これにより、今まで有効利用されていなかった色変換層の底面側へ励起光を照射することができ、蛍光物質の変換効率を飛躍的に高めることができる。
【0013】
また、色変換層は、前記異方性導電層上面からほぼ均一な厚みで垂直に立ち上がった形状を成しており、前記蛍光物質は、前記透光性部材100重量部に対して30重量部〜100重量部含有されていることを特徴とする。このように発光素子の上方に蛍光物質を載置せず、側方端面側のみに載置される色変換層の蛍光物質含有量を前記色変換層から発光される光が前記蛍光物質から発光される光のみとなるように調整することにより、発光素子自身の単色光及び色変換層から発光される単色光をそれぞれ高出力に取り出すことができる。このように、蛍光物質の配置場所を一定とすることにより、発光装置間に色バラツキがなく高出力に発光することが可能な発光装置を歩留まり良く得ることができる。
【0014】
また、前記色変換層は、ほぼ前記発光素子と同一の厚みを有し、前記発光素子の露出面及び前記色変換層の露出面に接して連続した拡散層を有することを特徴とする。これにより、発光素子及び蛍光物質からそれぞれ発光される光の混色性を高めることができる。
【0015】
また、前記発光素子は、前記色変換層を挟んで複数個載置されていることを特徴とする。具体的には、外部電極を有する基面上に、複数個の発光素子が一定空間を設けて載置され、前記空間は前記色変換層にて密閉されてなる集積型光装置である。本発明では、発光素子からの光の一部を色変換層底面側へと導く部材として、電気的接続手段でもある異方性導電層を用いているため、発光素子側の多数の電極と基面側の多数の電極とを一度に信頼性高く接続することができ、多くの小型化発光素子を信頼性高く高密度に実装することが可能である。これにより、更に混色性に優れた集積型発光装置が得られる。
【0016】
また発光素子として、複数の発光層を有するアレイ発光素子、つまり同一面側に複数の正負一対の電極を有するアレイ発光素子を用いることも可能である。このように、本発明において異方性導電層は、色変換型発光装置において、光学特性、信頼性、光学特性、及び生産性を高める優れた部材といえる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明者は、種々の実験の結果、蛍光物質を利用した発光装置において、発光素子から発光される光を最大限に利用することが可能となるように導くことにより、発光装置の光度向上、発光装置間の色バラツキ及び色むらの改善が可能であることを見いだし本発明を成すに至った。
【0018】
色変換型発光装置は、半導体発光素子から単色光を発光させる一方、前記半導体発光素子を封止する封止樹脂中に前記単色光の一部を吸収し異なる波長を有する光を発光することが可能な蛍光物質を分散させ、これらの光の混色により所望とする色調を得る方法が主流である。
【0019】
しかしながら、蛍光物質の比重は、液状樹脂の数倍に達するものであり、また熱硬化性樹脂は、加熱硬化後、粘度が大きく低下するため、発光素子を蛍光物質含有の液状樹脂で覆い熱硬化させると、樹脂中の蛍光物質の殆どは発光素子周辺に密に集結し沈降してしまうのが現状である。集結して沈降した蛍光物質は、ある程度の嵩を成して発光素子周囲に沈降する。このため、発光素子からの光を最も効率よく吸収するのは実際には発光素子周辺の最表面に位置する蛍光物質のみと考えられ、その他の殆どの蛍光物質は本来の作用を発揮できず単に光のエネルギー低下の要因する障害物となっている。
【0020】
これに対して、正負一対の電極を凹部底面に有するパッケージ内に発光素子を電気的に接続し、前記パッケージ側壁内側面に蛍光物質をコーティングする方法が多数提案されている(特開平10−112557号公報、特開平11−274572号公報、等参照)。この手法により発光素子上面から発光される光は効率よく取り出されるが、発光素子の側方端面から発光される光が十分に利用されていなかった。
【0021】
そこで本発明は、全ての蛍光物質に効率よく発光素子からの励起光を照射させ、更に蛍光物質の載置場所を確定することにより、高輝度で且つ発光装置間に色バラツキの少ない色変換型発光装置を実現する。
【0022】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の形態であるSMD型発光ダイオードの模式的断面図である。凹部を有し、該凹部底面から一対のリード電極2,3の表面が露出されるようにインサート成形されてなるパッケージ1を用い、前記凹部底面と発光素子5の電極形成面側とを対向させ、それぞれの対向面に接して異方性導電層4が介在され電気的に接続されている。また、前記異方性導電層4は凹部底面一面に連続的に形成されている。異方性導電層中には、発光素子から発光される光を効率よく反射することが可能であり且つ導電性を有する導電粒子4aが含有されている。前記発光素子5は、サファイア基板上に窒化ガリウムであるバッファ層を介して窒化物半導体(AlGaInN、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、X+Y+Z=1)からなるpn接合が形成されている。また、前記異方性導電層4は発光素子周囲に延在しており、前記異方性導電層4表面に接して、前記発光素子からの光の一部を吸収し異なる波長の光を発光することが可能な蛍光物質を有する色変換層6が設けられている。また発光素子の側方端面は、厚み方向において前記基面側である下方一部は前記異方性導電層4にて被覆され、他の上方部は前記色変換層6にて被覆されている。また、前記発光素子5表面と前記色変換層6表面はほぼ平行であり、これらの面に接して連続した拡散層が設けられている。以下、本発明の実施の形態である発光装置の各構成について詳述する。
[発光素子5]
本発明において発光素子5は、同一面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能であれば特に限定されないが、用いる蛍光物質を励起可能な波長を発光できる発光層を有する半導体発光素子を用いることが好ましい。このような半導体発光素子としてZnSeやGaNなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長を発光することが可能な窒化物半導体(InAlGa1−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。
【0023】
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にMOCVD法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にGaN、AlN、GaAIN等のバッファ層を形成しその上にpn接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【0024】
窒化物半導体を使用したpn接合を有する発光素子例として、バッファ層上に、n型窒化ガリウムで形成した第1のコンタクト層、n型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第1のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、p型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第2のクラッド層、p型窒化ガリウムで形成した第2のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。窒化物半導体は、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型窒化物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型窒化物半導体を形成させる場合は、p型ドーパントであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせる。窒化物半導体は、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、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【0025】
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、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して発光素子の発光波長は400nm以上530nm以下が好ましく、420nm以上490nm以下がより好ましい。発光素子と蛍光物質との励起、発光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。なお、色変換層の蛍光物質、拡散層、及び異方性導電層の構成部材である透光性部材に比較的紫外線により劣化しにくい樹脂や無機物であるガラス等を用いた場合、400nmより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光素子を用いることもできる。紫外領域の波長を有する発光素子を利用する色変換型発光装置は、蛍光物質により変換された発光色のみにより色度が決定されるため、可視光を発光する半導体発光素子を用いた場合に比較して半導体発光素子の波長などのバラツキを吸収することができ量産性を向上させることができる。
[異方性導電層4]
本実施の形態において、上記発光素子は、正負一対の電極が設けられた電極形成面側がパッケージ凹部の底面から露出された外部電極と対向するように載置され、連続した異方性導電層4を介してフリップチップ実装されている。
【0026】
本発明において異方性導電層4は、熱可塑性又は熱硬化性を有する有機物又は無機物からなる材料中に、発光素子からの光を効率よく反射することが可能でかつ導電性を有する導電粒子が分散されている。熱可塑性又は熱硬化性を有する有機物からなる材料として、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの透明樹脂などが好適に用いられる。また、具体的導電粒子として、Ni粒子や、プラスチック、シリカ等の粒子表面にNiやAu等からなる金属コートを有するものが挙げられる。本発明において導電粒子の含有量は、前記接着剤対して0.3vol%以上1.2vol%以下が好ましく、このような異方性導電層は、発光素子を実装する際の加熱及び加圧により容易に層の膜厚方向間において高い導電性を得ることができる。一方、層の面方向では導電粒子の充填量が少ないため導電粒子同士の接触による隣接電極間の短絡が発生せず高い絶縁性を維持することができる。より好ましくは、異方性導電層において1mm粒子数が3500個以上5000個以下であると、各電極間のピッチが狭い小型発光素子を信頼性高く基面上の外部電極と微細接続することができる。更に、異方性導電層にて発光素子からの光を効率よく上層部の色変換層へと反射散乱させることができる。
【0027】
本発明において、前記異方性導電層4は、それぞれ対向した発光素子表面と基面との間を密閉していると共に、発光素子の側方端面の一部を直接被覆している。これにより、発光素子から発光される光の一部を異方性導電層中に取り込み、前記異方性導電層中の導電粒子にて反射散乱し、色変換層中の蛍光物質を下方から照射することができる。従来の発光装置では、発光素子に隣接する蛍光物質若しくは最表面に存在する蛍光物質のみが効率よく励起され、他の下方に埋まってしまった蛍光物質は十分に本来の作用を成すことができなかった。しかしながら本発明では、発光素子端面から発光される光の一部を変換層の下方から全面に渡り照射することにより、色変換層は最表面である上方、発光素子に隣接する側面、及び異方性導電膜と接する下方から励起光が照射されるため、殆どの蛍光物質において色変換効率を高めることができる。また、色変換層にて変換された光がが基面方向に反射されてしまった場合でも、上記異方性導電層中の導電粒子にて迅速に進路変更させ上方へ取り出すことができる。
[色変換層6]
本発明の発光装置において、上記異方性導電層は基面端部まで延在しており、その異方性導電層の延在部上面及び発光素子側方端面に接して色変換層が設けられている。このように構成することにより、色変換層は、隣接する発光素子の側方端面から励起光が照射される他、発光素子からの光を異方性導電膜を介して下方面から吸収することができる。これにより、色変換層は全面から励起光を吸収することができるため、必要最小限の蛍光物質量にて高輝度に発光することが可能な発光装置を得ることができる。
【0028】
本実施の形態において、色変換層は透光性部材中に発光素子の光の一部を吸収し異なる波長の光を発光することが可能な蛍光物質が含有されてなる。前記透光性部材は、用いる発光素子の特徴や用途に応じて、有機物及び無機物のいずれも用いることができる。本発明に好適に用いられる透光性部材の具体的材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。ここで、異方性導電層に含有される材料と同じ材料を色変換層の材料として含有させることにより、異方性導電層と色変換層の接着性が向上し、両者の剥離を防ぐことができる。また、前記蛍光物質と共に顔料を含有させても良い。
【0029】
また、色変換層を、上記異方性導電層上からほぼ均一な厚みで垂直に立ち上がった形状とし、透光性部材100重量部に対して蛍光物質の含有量は100重量部以上200重量部以下とすると、高出力に発光することが可能な発光装置を量産性良く得ることができる。
【0030】
発光素子として、400nm付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子を用いる場合、色変換層は比較的紫外線に強い樹脂やガラス等と前記紫外線を吸収して可視光を発光することが可能な蛍光物質にて構成することが好ましい。このような短波長の光により赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光物質、例えば赤色蛍光体としてYS:Eu、青色蛍光体としてSr(POCl:Eu、及び緑色蛍光体として(SrEu)O・Alを前記耐紫外線樹脂などに含有させ、短波長発光の発光素子の側方端面に色変換薄膜層として配置することにより、白色光を得ることができる。このように短波長発光の発光素子を用いる場合、前記発光素子の基板側は不透光性とすると共に、異方性導電層及び拡散層は前記色変換層と同様に比較的紫外線に強い樹脂やガラスを主剤として用いることが好ましい。上記蛍光物質の他、赤色蛍光体として3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn、MgAs11:Mn、Gd:Eu、LaOS:Eu、青色蛍光体としてRe10(PO:Eu、Re10(PO:Eu,Mn(ただしReはSr、Ca、Ba、Mg、Znから選択される少なくとも一種、Qはハロゲン元素のF、Cl、Br、Iから選択される少なくとも1種)、BaMgAl1627:Eu等を好適に用いることができる。これらの蛍光物質を用いることにより高輝度に発光可能な白色発光ダイオードを得ることができる。
【0031】
前記色変換薄膜層は、これら異種の蛍光物質を混合して1層の色変換薄膜層として配置させる場合、各種の蛍光物質の中心粒径及び形状は類似していることが好ましい。これによって各種蛍光物質から発光される光が良好に混色され色ムラを抑制することができる。また、各蛍光物質をそれぞれの色変換薄膜層として積層してもよい。各種の蛍光物質による色変換薄膜層を多重薄膜層として配置させる場合、それぞれの蛍光物質の紫外光透過率を考慮して、赤色蛍光物質層、緑色蛍光物質層、及び青色蛍光物質層と順に積層させることが好ましい。また、前記色変換多重薄膜層において下層から上層にかけて各層中の蛍光物質の粒径が小さくなるように、各種蛍光物質の中心粒径を青色蛍光物質>緑色蛍光物質>赤色蛍光物質とすると、最上層まで良好に紫外光を蛍光物質に透過させ可視光に変換することができ紫外線のもれを防止することができる。そのほか、ストライプ状、格子状、またはトライアングル状となるように各色変換層を素子上に配置させることもできる。このように各層の間に間隔を設けて配置させると混色性が良好となり好ましい。
[蛍光物質]
本発明で用いられる大粒径蛍光物質の粒径は、中心粒径が6μm〜50μmの範囲が好ましく、より好ましくは15μm〜30μmであり、このような粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。6μmより小さく蛍光物質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。
【0032】
ここで本発明において、蛍光物質の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温25℃、湿度70%の環境下において、濃度が0.05%であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置(SALD−2000A)により、粒径範囲0.03μm〜700μmにて測定し得られたものである。本発明において蛍光物質の中心粒径とは、前記体積基準粒度分布曲線において積算値が50%のときの粒径値である。この中心粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は20%〜50%が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより、色ムラが抑制され良好なコントラストを有する発光装置が得られる。
(イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質)
本実施の形態で用いられる蛍光物質は、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて発光し、セリウム(Ce)あるいはプラセオジウム(Pr)で付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとした蛍光体(YAG系蛍光体)とすることができる。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、YAlO:Ce、YAl12:Ce(YAG:Ce)やYAl:Ce、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にBa、Sr、Mg、Ca、Znの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Siを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
【0033】
本明細書において、Ceで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Lu、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をBa、Tl、Ga、Inの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【0034】
更に詳しくは、一般式(YzGd1-z3Al512:Ce(但し、0<z≦1)で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式(Re1-aSma3Re‘512:Ce(但し、0≦a<1、0≦b≦1、Reは、Y、Gd、La、Scから選択される少なくとも一種、Re’は、Al、Ga、Inから選択される少なくとも一種である。)で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。この蛍光物質は、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を450nm付近にさせることができる。また、発光ピークも、580nm付近にあり700nmまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【0035】
またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶中にGd(ガドリニウム)を含有することにより、460nm以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Gdの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Gdの置換量を多くすることで達成できる。一方、Gdが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてCeに加えTb、Cu、Ag、Au、Fe、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti、Euらを含有させることもできる。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Alの一部をGaで置換することで発光波長が短波長側へ、組成のYの一部をGdで置換することで、発光波長が長波長側へシフトすることができる。
【0036】
Yの一部をGdで置換する場合、Gdへの置換を1割未満にし、且つCeの含有(置換)を0.03から1.0にすることが好ましい。Gdへの置換が2割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ceの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
【0037】
このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、Y、Gd、Al、及びCe、Pr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、Pr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バリウムや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℃の温度範囲で2〜5時間焼成して焼成品を得、つぎ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得ることができる。
【0038】
本願発明の発光ダイオードにおいて、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、2種類以上の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や他の蛍光体を混合させてもよい。YからGdへの置換量が異なる2種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。特に、前記置換量の多い蛍光物質を上記大粒径蛍光物質とし、前記置換量の少なく又はゼロである蛍光物質を上記中粒径蛍光物質とすると、演色性および輝度の向上を同時に実現することができる。
(窒化物系蛍光体)
本発明で使用する蛍光物質は、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種の元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含有させることができる。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から出光した可視光、紫外線、あるいは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蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Mnが添加されたSr−Ca−Si−N:Eu、Ca−Si−N:Eu、Sr−Si−N:Eu、Sr−Ca−Si−O−N:Eu、Ca−Si−O−N:Eu、Sr−Si−O−N:Eu系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式LSi(2/3X+4/3Y):Eu若しくはLSi(2/3X+4/3Y−2/3Z):Eu(Lは、Sr、Ca、SrとCaのいずれか。)で表される。一般式中、X及びYは、X=2、Y=5又は、X=1、Y=7であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Mnが添加された(SrCa1−XSi:Eu、SrSi:Eu、CaSi:Eu、SrCa1−XSi10:Eu、SrSi10:Eu、CaSi10:Euで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Lは、Sr、Ca、SrとCaのいずれかである。SrとCaは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にSiを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【0039】
発光中心に希土類元素であるユウロピウムEuを用いる。ユウロピウムは、主に2価と3価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Eu2+を付活剤として用いる。Eu2+は、酸化されやすく、3価のEuの組成で市販されている。しかし、市販のEuでは、Oの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、EuからOを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Mnを添加した場合は、その限りではない。
【0040】
添加物であるMnは、Eu2+の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Mnは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にMn単体若しくはMn化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Mnは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Mnが飛散したためであると思われる。
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、B、Al、Mg、Cr及びNiは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【0041】
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された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YAG系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、発光素子により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置が得られる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、発光素子により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、発光素子により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、色変換層中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数R9の改善を図っている。従来の青色系の光を出光する発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Tcp=4600K付近において特殊演色評価数R9がほぼ0に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数R9を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Tcp=4600K付近において特殊演色評価数R9を40付近まで高めることができる。
【0042】
次に、本発明に係る蛍光体((SrCa1−XSi:Eu)の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Mn、Oが含有されている。
【0043】
▲1▼原料のSr、Caを粉砕する。原料のSr、Caは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Sr、Caには、B、Al、Cu、Mg、Mn、Alなどを含有するものでもよい。原料のSr、Caは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたSr、Caは、平均粒径が約0.1μmから15μmであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Sr、Caの純度は、2N以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ca、金属Sr、金属Euのうち少なくとも1以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【0044】
▲2▼原料のSiを粉砕する。原料のSiは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Si、Si(NH、MgSiなどである。原料のSiの純度は、3N以上のものが好ましいが、Al、Mg、金属ホウ化物(CoB、NiB、CrB)、酸化マンガン、HBO、B、CuO、CuOなどの化合物が含有されていてもよい。Siも、原料のSr、Caと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Si化合物の平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。
【0045】
▲3▼次に、原料のSr、Caを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式1および式2にそれぞれ示す。
【0046】
3Sr + N → Sr ・・・(式1)
3Ca + N → Ca ・・・(式2)
Sr、Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5時間、窒化する。Sr、Caは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Sr、Caの窒化物を得ることができる。Sr、Caの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【0047】
▲4▼原料のSiを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式3に示す。
【0048】
3Si + 2N → Si ・・・(式3)
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約5時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【0049】
▲5▼Sr、Ca若しくはSr−Caの窒化物を粉砕する。Sr、Ca、Sr−Caの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
同様に、Siの窒化物を粉砕する。また、同様に、Euの化合物Euを粉砕する。Euの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のZは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。
【0050】
上記原料中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。また、Mg、Zn、B等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、HBO、Cu、MgCl、MgO・CaO、Al、金属ホウ化物(CrB、Mg、AlB、MnB)、B、CuO、CuOなどがある。
【0051】
▲6▼上記粉砕を行った後、Sr、Ca、Sr−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Euを混合し、Mnを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ar雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【0052】
▲7▼最後に、Sr、Ca、Sr−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Euの混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Mnが添加された(SrCa1−XSi:Euで表される蛍光体を得ることができる。ただし、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。
【0053】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、1200から1700℃の範囲で焼成を行うことができるが、1400から1700℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い1200から1500℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、800から1000℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して1200から1500℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成(多段階焼成)を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素(BN)材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ(Al)材質のるつぼを使用することもできる。
【0054】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【0055】
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したYAG系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が400〜600nmの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、YS:Eu、LaS:Eu、CaS:Eu、SrS:Eu、ZnS:Mn、ZnCdS:Ag,Al、ZnCdS:Cu,Al等が挙げられる。このようにYAG系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【0056】
以上のようにして形成されるYAG系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の側方端面において一層からなる色変換層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる色変換層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、YAG蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がYAG系蛍光体より発光素子の側方端面に近い位置に配置されるように色変換層を形成することが好ましい。さらに、窒化系蛍光体がYAG系蛍光体より異方性導電層に近い位置に配置されるように色変換層を形成することが好ましい。このように構成することによって、YAG蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、YAG系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して色変換層に含有させた場合と比較して、両蛍光体による混色光の演色性を向上させることができる。
[フィラー]
更に、本発明において、色変換層中に蛍光物質に加えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤と中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が5μm以上100μm以下のものをいう。このような粒径のフィラーを透光性樹脂中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。また、フィラーは蛍光物質と類似の粒径及び/又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書では、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が20%未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度(円形度=粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ/粒子の投影の周囲長さ)の値の差が20%未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光物質とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍光物質を良好に分散させることができ色ムラが抑制される。更に、蛍光物質及びフィラーは、共に中心粒径が15μm〜50μm、より好ましくは20μm〜50μmであると好ましく、このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。また、このような粒径範囲の蛍光物質及びフィラーを透光性樹脂に含有させ孔版印刷法にて封止部材を形成すると、封止部材硬化後のダイシング工程においてダイシングブレードの目詰まりが回復されドレッサー効果をもたらすことができ量産性が向上される。
[光拡散層7]
また、発光素子と該発光素子の側方端面に配置する色変換層との表面からなる一平面上に、光透過率を高めるため透光性部材を設けてもよいし、該透光性部材中に発光素子からの光及び蛍光物質からの光を反射散乱することが可能な拡散剤を有して成る光拡散層7を設けてもよい。この場合、前記発光素子表面と前記色変換層表面との高さをほぼ平行とすると、容易に均一な膜厚を有する光拡散層を形成することができ、良好な混色性が得られ好ましい。光拡散層は、ポッティング、スプレーコーティング、孔版印刷等、従来の種々手法にて形成することができる。
【0057】
本発明において拡散剤は、特に限定されず、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム等、種々のものを用いることができる。拡散剤の粒径値は、中心粒径が1.0μm以上5μm未満であることが好ましく、より好ましくは1.0μm以上2.5μm未満であり、上記粒径値を有する拡散剤を用いると発光素子及び蛍光物質からの光を良好に乱反射させ色ムラを抑制することができ好ましい。また、拡散剤が破砕形の場合、透過型電子顕微鏡法により測定される長辺長は1.0μm以上3.0μm未満が好ましい。前記透光性部材100重量部に対して前記拡散剤の含有量は、0.5重量部以上5重量部以下が好ましい。これにより、発光素子及び蛍光物質からの光の取り出し効率を低下させることなく発光装置の光度及び信頼性を向上させることができる。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。前記透光性部材の屈折率は1.4以上1.65以下が好ましく、拡散剤の屈折率は、透光性部材よりも高いことが好ましい。これにより拡散剤により良好に光が反射散乱され優れた混色性を有する面発光型発光装置が得られる。
【0058】
光拡散層の構成部材である透光性部材は、色変換層と同様、用いる発光素子の特徴や用途に応じて、有機物及び無機物のいずれをも持ちいることができ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ガラス等が好適に用いられる。
【0059】
有機物のうち、比較的高い耐光性を有する部材として、親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂が挙げられる。親水性主鎖と疎水性主鎖からなる透光性ポリマー樹脂は、熱により硬化収縮せず、また硬化後表面にタック性を有するため、非常に取り扱いにくい。
【0060】
例えば、本実施の形態のごとくパッケージ内に前記透光性ポリマー樹脂を塗布する場合、充填量をパッケージ最上面より内側のラインまで充填するように微量調整して形成されるため、発光面は凸凹になる傾向にあり色むらや指向特性のバラツキが生じる。また、各発光装置において前記ポリマー樹脂の注入量を一定にすることは困難であり、前記ポリマー樹脂に拡散剤を均一に配置することができず、各発光装置間に色バラツキが見られる。
【0061】
そこで本実施の形態では、親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂に、吸油量の調整が可能な拡散剤を組み合わせて光拡散層を形成する。このような構成からなる拡散層は、塗布段階の液状から熱作用により硬化することにより、塗布段階より薄い膜厚にて固化することができる。具体的には、パッケージ凹部の最上面まで液状混合液を充填し熱硬化後すると、得られた光拡散層はパッケージ内部に収まり端部から中央部にかけて滑らかな放物線状の凹部を有する形状となる。これにより、塗布段階において充填量を微量調節することなく信頼性に優れた光拡散層を容易に形成することができる。この作用は、おそらく、拡散剤の吸油量の割合が樹脂の加熱硬化工程により促進され、樹脂中の成分の一部が拡散剤にて吸収される一方、拡散剤の樹脂の吸収率は前記樹脂を吸収することによる体積増加率よりも高く、結果拡散層の体積が全体的に減少するものだと思われる。
【0062】
上記拡散剤の吸油量は、表面処理の度合いにより調整することができる。表面処理は、Al、Fe、Si等を用いて行うことができる。体積を大幅に減少させたい場合には、表面処理を殆ど行われていない状態で用いることが好ましい。表面処理を施す度合いが大きいほど拡散剤の吸油量は減少する。このように拡散剤の表面処理の度合いを調整することにより、所望とする厚さの光拡散層を容易に形成することができる。このような吸油量が調整可能な拡散剤として、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、タルク、ホワイトカーボン、炭酸マグネシウム、含水硅酸アルミニウム・マグネシウム等があげられる。また拡散剤の吸油量は、表面処理を施していない状態で、30ml/100g以上150ml/100g以下であることが好ましい。これにより後に表面処理を行うことで幅広い吸油量の設定が可能となる。本明細書において吸油量とは、日本工業規格(JIS K5101)の吸油量試験法により測定された値とする。
【0063】
親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂と吸油量が調整可能な拡散剤とからなる光拡散層は、拡散剤の樹脂吸収により形成される両端部から中央部にかけて放物線状に凹んだ滑らかな発光面を有するため、均一に光を発する面光源を実現することができる。更に、発光面が発光面側からみて窪み程度が長軸及び短軸にてほぼ左右対称であることが好ましく、これにより良好な指向特性を有する発光措置が得られる。このような曲面である発光面は、例えば孔版印刷法により形成される。
【0064】
このように、本実施の形態の光拡散層は、親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂と吸油量が調整可能な拡散剤とからなる光拡散層を用いるため、充填量を見た目により微調整する必要がなく充填量をパッケージ上面と同一平面ラインに充填すればよい。これにより、硬化後表面にタック性を有するにも関わらず、他の透光性部材と同様に従来知られている様々な手法にて形成することができる。
【0065】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示すような表面実装型の発光装置を形成する。発光素子であるLEDチップは、発光層として単色性発光ピークが可視光である475nmのIn0.2Ga0.8N半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的には、LEDチップは、洗浄させたサファイア基板上に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法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてSiHとCpMgを切り替えることによってn型窒化物半導体やp型窒化物半導体となる層を形成させる。
【0066】
LEDチップの素子構造としては、サファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるn型GaN層、Siドープのn型電極が形成されn型コンタクト層となるGaN層、アンドープの窒化物半導体であるn型GaN層、次に発光層を構成するバリア層となるGaN層、井戸層を構成するInGaN層、バリア層となるGaN層を1セットとしGaN層に挟まれたInGaN層を5層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層上にはMgがドープされたp型クラッド層としてAlGaN層、Mgがドープされたp型コンタクト層であるGaN層を順次積層させた構成としてある。(なお、サファイア基板上には低温でGaN層を形成させバッファ層とさせてある。また、p型半導体は、成膜後400℃以上でアニールさせてある。)
次に、エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、pn各コンタクト層表面を露出させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法を用いて正負各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、p型窒化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極として形成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させてある。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、外力により分割し、半導体積層面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能なLEDチップを形成する。
【0067】
次に、正及び負からなる一対のリード電極がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージ成形体の下面側にあるゲートから溶融された成形樹脂を流し込み硬化してパッケージを形成する。前記パッケージは、発光素子を収納可能な凹部を有し、該凹部底面から正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成形されている。尚、このパッケージにおいて、正及び負のリード電極のアウタリード部は、パッケージの接合面の両端部でその接合面に沿って内側に折り曲げられてなり、その内側に折り曲げられた部分ではんだ付けされるように構成されている。
【0068】
次に、中心粒径3μmの球状プラスチック粒子上にNi薄膜を無電解メッキ法にて形成した後、最外層にAu薄膜を置換メッキ法により形成した導電粒子をシリコーン樹脂に対して前記導電粒子を5vol%添加し、上記パッケージの凹部底面を覆うように膜厚が10μm以上20μm以下の範囲となるよう塗布する。次に、パッケージ凹部底面から露出された各リード電極上に、LEDチップの各電極を対向させ上記の塗布液中に前記LEDチップの電極形成面及び側方端面の一部が埋没するように載置し、加熱及び加圧を施し異方性導電層を固化すると共に各電極を電気的に接続させる。
【0069】
次に、蛍光物質は、Y、Gd、Al、及びCeのそれぞれの酸化物を化学量論比により混合し混合原料を得る。これにフラックスを混合して坩堝に詰め、ボールミル混合機にて2時間混合する。ボールを取り除いた後、弱還元雰囲気中1400℃〜1600℃にて6時間焼成し、更に還元雰囲気中1400℃〜1600℃にて6時間焼成する。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が8μmである(Y0.8Gd0.22.750Al12:Ce0.250蛍光物質を形成する。
【0070】
シリコーン樹脂100重量部に対して、上記蛍光物質を150重量部添加したものを、前記異方性導電層上面及び前記LEDチップの側方端面に接して、前記LEDチップの最上面とほぼ同一ラインまでほぼ均一な膜厚にて充填させ、50℃×2時間、及び150℃×4時間熱処理を施し色変換層を形成する。
【0071】
次に、シリコーン樹脂100重量部に対して中心粒径3μm、凝集度93%、吸油量70ml/100gである軽質炭酸カルシウムを3重量部含有させ、自転公転ミキサーにて5分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、30分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた混合液を前記パッケージ凹部内に、前記凹部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、50℃×2時間、及び150℃×4時間熱処理を施す。これにより、前記凹部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。
【0072】
このようにして形成された発光ダイオードは、LEDチップ上面から発光される青色光は前方に向かって出力高く放射され、LEDチップの側方端面から発光される光の一部は隣接する色変換層中に直接入射し、前記側方端面から発光される光の残りの部分は隣接する異方性導電膜中へと導かれ含有される導電粒子にて反射散乱した後、上方に積層された色変換層へ入射する。これにより、全ての蛍光物質に効率よく励起光を照射することが可能となり、色変換層からは蛍光物質から発光される黄色光が前方に向かって放射される。これら青色光と黄色光は、前方の光拡散層にて良好に混色され、前方には白色光が現れる。
【0073】
以上のように本例の発光装置では、発光素子の四方八方から発光される光をそれぞれ効率よく利用しているため、光の透過率が高く高出力の光を得ることができる。また、それぞれの部材に用いられる透光性部材を同一材料とすることにより、各部材間の界面における光透過率及び信頼性を高めることができる。このようにして得られた色変換型発光装置は、光度500mcd、光出力4mWであり、良好な指向特性が得られる。また、高温保管試験(100℃)、高温高湿保管試験(80℃、85%RH)、低温保管試験(−40℃)において、出力の低下はほとんどみられず、高い信頼性を有するといえる。またCIE色度座標におけるx軸方向の色度の3σは0.006であり、色バラツキが非常に少ない発光装置が得られる。
(実施例2)
図2の如く、前記色変換層を挟んで複数個の発光素子が載置されている以外は実施例1と同様にして集積型発光装置を形成すると、更に混色性に優れ高出力で発光することが可能な発光装置が得られる。
(実施例3)
図3の如く、各発光素子として複数の発光層を有するLEDアレイ発光素子を用いる以外は実施例2と同様にして集積型発光装置を形成すると、実施例2と同様の効果が得られる。
【0074】
【発明の効果】
本発明の発光装置は、発光素子の側方端面の上方に接して色変換層を設け、その下方に接して異方性導電層を設けることにより、前記側方端面から発光される励起光を色変換層の側方端面及び下方底面の2方向から照射することにより、色変換層中の蛍光物質の効率を高めるものである。また更に、発光素子上方面には色変換層を配置せず、発光素子側方端面側のみに色変換層を設けることにより、蛍光物質の配置パターンを一定とすることができ発光装置間での色バラツキを抑制することができると共に、発光素子から発光される光及び色変換層から発光される光をそれぞれ高出力にて上方へ取り出すことができる。また、前記発光素子上面及び前記色変換層上面に接して、信頼性の高い親水性主鎖と疎水性主鎖からなるポリマー樹脂と吸油率の調整が可能な拡散剤とからなる連続した光拡散層を設けることにより、発光面を端部から中央部にかけて凹みを有する滑面とすることができる。これにより、塗布段階の作業を簡略化できるとともに均一な面光源を得ることができる。また、複数の発光素子を高密度に信頼性高く実装することが可能であり、長寿命で且つ照明と同等の明るさを発光することが可能な発光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の発光装置を示す模式的平面図及び模式的断面図である。
【図2】 図2は本発明の他の発光装置を示す模式的平面図及び模式的断面図である。
【図3】 図3は本発明の他の発光装置を示す模式的平面図及び模式的断面図である。
【符号の説明】
1・・・パッケージ
2、3・・・外部電極
4・・・異方性導電層
4a・・・導電粒子
5・・・発光素子
6・・・色変換層
7・・・光拡散層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a light emitting device capable of obtaining uniform light emission with little color unevenness, for example, white light with high output.
[0002]
[Prior art]
Today, high-luminance and high-power semiconductor light-emitting elements and small and favorable light-emitting devices have been developed and used in various fields. Such a light-emitting device is used for, for example, an optical printer head light source, a liquid crystal backlight light source, various meter light sources, various reading sensors, and the like by taking advantage of features such as small size, low power consumption, and light weight.
[0003]
A light-emitting diode (hereinafter also referred to as an LED) which is a light-emitting device is small, efficient, and capable of emitting bright colors. Further, since it is a semiconductor element, it has the characteristics that it has no ball breakage, is excellent in initial drive characteristics and earthquake resistance, and is resistant to repeated ON / OFF lighting. Therefore, it is widely used as various indicators and various light sources. However, since the LED has an excellent monochromatic peak wavelength, it is difficult to emit an emission wavelength such as white.
[0004]
Therefore, in recent years, a light emitting diode has been used in which light emitted from a light emitting element is color-converted by a phosphor and output. This light-emitting diode can emit other light-emitting colors such as white light-emitting elements using one type of light-emitting element.
[0005]
For example, when a white light emitting device is constructed, blue light is emitted from a semiconductor light emitting element, while a fluorescent material that emits yellow light is dispersed in a sealing resin that seals the semiconductor light emitting element. A part of the light emitted from the semiconductor light emitting element is absorbed in the fluorescent material, the wavelength is converted to emit yellow light, and a light emitting diode capable of emitting white mixed light is formed by mixing these blue light and yellow light. (For example, refer to Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
Special Table 2000-512806
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, significant color variation is observed between the light emitting diodes formed in this way.
[0008]
At present, when white light-emitting diodes are used for indoor displays and lighting, and more strict color tone is required, these color variations are a major problem.
[0009]
On the other hand, although a white light emitting diode that emits very little light under a constant power can be selected to form an LED display or the like, the yield is extremely poor.
[0010]
Accordingly, the present invention provides a light-emitting device that solves the above-described problems, can obtain uniform mixed light with little color unevenness at high output, and has excellent mass productivity with little color variation between light-emitting devices. Is an issue.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A light-emitting device according to the present invention includes a light-emitting element having a pair of positive and negative electrodes on the same surface side and capable of emitting a part of light emission from a side end surface, and absorbing a part of light of the light-emitting element. A light-emitting device having a fluorescent material capable of emitting light having different wavelengths, wherein the light-emitting element has conductive particles with respect to a base surface having an external electrode on the surface. The color conversion layer is laminated on and in contact with the anisotropic conductive layer extending around the light emitting element, and is mounted on the anisotropic conductive layer. The side end face of the element is characterized in that one side in the thickness direction is covered with the anisotropic conductive layer and the other side is covered with the color conversion layer.
[0012]
One of the characteristics of the present invention is that a member that blocks light such as an electrode is not disposed on the light emitting surface side, and a part of the side end surface of the light emitting element is covered with a color conversion layer, and the other part of the side end surface is covered. It is in the point which coat | covers with the anisotropic conductive layer which has electroconductive particle. Accordingly, a part of the light emitted from the electrode forming surface side and the side end surface of the light emitting element is guided to the anisotropic conductive layer disposed on the bottom surface side of the color conversion layer, and the guided light is guided to the different light. It is reflected and scattered by the conductive particles in the isotropic conductive layer, and can be efficiently taken out to the upper color conversion layer. Thereby, the excitation light can be irradiated to the bottom surface side of the color conversion layer that has not been effectively used until now, and the conversion efficiency of the fluorescent substance can be dramatically increased.
[0013]
The color conversion layer has a shape that rises vertically with a substantially uniform thickness from the top surface of the anisotropic conductive layer, and the fluorescent material is 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the translucent member. It is characterized by containing ~ 100 parts by weight. In this way, the fluorescent material is not placed above the light emitting element, and the fluorescent material content of the color conversion layer placed only on the side end face side is emitted from the fluorescent material. By adjusting so that only the emitted light is obtained, the monochromatic light of the light emitting element itself and the monochromatic light emitted from the color conversion layer can be extracted with high output, respectively. In this manner, by setting the fluorescent material at a constant location, a light-emitting device capable of emitting light with high output without color variation between the light-emitting devices can be obtained with high yield.
[0014]
Further, the color conversion layer has substantially the same thickness as the light emitting element, and has a diffusion layer that is continuous with and in contact with the exposed surface of the light emitting element and the exposed surface of the color conversion layer. Thereby, the color mixing property of the light each emitted from a light emitting element and a fluorescent substance can be improved.
[0015]
Further, a plurality of the light emitting elements are mounted with the color conversion layer interposed therebetween. Specifically, the light emitting device is an integrated optical device in which a plurality of light emitting elements are placed on a base surface having external electrodes with a certain space, and the space is sealed with the color conversion layer. In the present invention, an anisotropic conductive layer that is also an electrical connection means is used as a member that guides part of light from the light emitting element to the bottom surface side of the color conversion layer. A large number of electrodes on the surface side can be connected with high reliability at a time, and many miniaturized light emitting elements can be mounted with high reliability and high density. As a result, an integrated light emitting device having further excellent color mixing can be obtained.
[0016]
As the light-emitting element, an array light-emitting element having a plurality of light-emitting layers, that is, an array light-emitting element having a plurality of positive and negative pairs on the same surface side can also be used. As described above, in the present invention, the anisotropic conductive layer can be said to be an excellent member for improving optical characteristics, reliability, optical characteristics, and productivity in a color conversion light emitting device.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of various experiments, the present inventor has improved the luminous intensity of the light-emitting device by guiding the light emitted from the light-emitting element to the maximum in the light-emitting device using the fluorescent material, The present inventors have found that it is possible to improve color variation and color unevenness between light emitting devices.
[0018]
The color conversion type light emitting device emits monochromatic light from a semiconductor light emitting element, while absorbing a part of the monochromatic light in a sealing resin for sealing the semiconductor light emitting element and emitting light having a different wavelength. The mainstream method is to disperse possible fluorescent substances and obtain a desired color tone by mixing these lights.
[0019]
However, the specific gravity of the fluorescent material reaches several times that of the liquid resin, and the viscosity of the thermosetting resin is greatly reduced after heat curing. Therefore, the light-emitting element is covered with the liquid resin containing the fluorescent material and heat-cured. In this case, most of the fluorescent substances in the resin are concentrated and settled around the light emitting element. The fluorescent materials that have gathered and settled form a certain volume and settle around the light emitting element. For this reason, it is considered that the most efficient absorption of light from the light emitting element is actually only the fluorescent substance located on the outermost surface around the light emitting element, and most other fluorescent substances cannot perform their original functions and simply It is an obstacle that causes a decrease in light energy.
[0020]
On the other hand, many methods have been proposed in which a light emitting element is electrically connected in a package having a pair of positive and negative electrodes on the bottom surface of the recess, and a fluorescent material is coated on the inner side surface of the package (Japanese Patent Laid-Open No. 10-112557). No., JP-A-11-274572, etc.). Although light emitted from the upper surface of the light emitting element is efficiently extracted by this method, light emitted from the side end face of the light emitting element has not been sufficiently utilized.
[0021]
Therefore, the present invention efficiently irradiates all the fluorescent materials with excitation light from the light emitting element, and further determines the place where the fluorescent material is placed, so that the color conversion type has high brightness and little color variation between the light emitting devices. A light emitting device is realized.
[0022]
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an SMD type light emitting diode which is an embodiment of the present invention. Using the package 1 having a recess and insert-molded so that the surfaces of the pair of lead electrodes 2 and 3 are exposed from the bottom surface of the recess, the bottom surface of the recess and the electrode forming surface side of the light emitting element 5 are opposed to each other. The anisotropic conductive layer 4 is interposed between and electrically connected to the opposing surfaces. The anisotropic conductive layer 4 is continuously formed on the entire bottom surface of the recess. The anisotropic conductive layer contains conductive particles 4a that can efficiently reflect light emitted from the light emitting element and have conductivity. The light-emitting element 5 is formed on a sapphire substrate through a buffer layer made of gallium nitride with a nitride semiconductor (Al x Ga y In z N, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, and X + Y + Z = 1) are formed. The anisotropic conductive layer 4 extends around the light emitting element, and is in contact with the surface of the anisotropic conductive layer 4 to absorb a part of light from the light emitting element and emit light of different wavelengths. A color conversion layer 6 having a fluorescent material that can be used is provided. Further, the side end face of the light emitting element is covered with the anisotropic conductive layer 4 at the lower part which is the base face side in the thickness direction, and the other upper part is covered with the color conversion layer 6. . Further, the surface of the light emitting element 5 and the surface of the color conversion layer 6 are substantially parallel, and a continuous diffusion layer is provided in contact with these surfaces. Hereafter, each structure of the light-emitting device which is embodiment of this invention is explained in full detail.
[Light emitting element 5]
In the present invention, the light-emitting element 5 is not particularly limited as long as it has a pair of positive and negative electrodes on the same surface side and can emit a part of the light emission from the side end surface. It is preferable to use a semiconductor light emitting element having a light emitting layer capable of emitting light. Examples of such semiconductor light emitting devices include various semiconductors such as ZnSe and GaN, but nitride semiconductors (In that are capable of emitting short wavelengths that can excite fluorescent materials efficiently). X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, and X + Y ≦ 1) are preferable. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, and a pn junction, a heterostructure, or a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. In addition, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated can be used.
[0023]
When a nitride semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO or the like is preferably used for the semiconductor substrate. In order to form a nitride semiconductor with good crystallinity with high productivity, it is preferable to use a sapphire substrate. A nitride semiconductor can be formed on the sapphire substrate by MOCVD or the like. A buffer layer of GaN, AlN, GaAIN or the like is formed on the sapphire substrate, and a nitride semiconductor having a pn junction is formed thereon.
[0024]
As an example of a light emitting device having a pn junction using a nitride semiconductor, a first contact layer formed of n-type gallium nitride, a first cladding layer formed of n-type aluminum nitride / gallium, and a nitride layer on a buffer layer Examples include a double hetero structure in which an active layer formed of indium gallium, a second cladding layer formed of p-type aluminum nitride / gallium, and a second contact layer formed of p-type gallium nitride are sequentially stacked. Nitride semiconductors exhibit n-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired n-type nitride semiconductor, for example, to improve luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, etc. as an n-type dopant. On the other hand, when forming a p-type nitride semiconductor, the p-type dopants such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba are doped. Since nitride semiconductors are not easily converted to p-type by simply doping with a p-type dopant, it is preferable to reduce resistance by heating in a furnace or plasma irradiation after introducing the p-type dopant. After the electrodes are formed, a light emitting element made of a nitride semiconductor can be formed by cutting the semiconductor wafer into chips.
[0025]
When white light is emitted in the light emitting diode of the present invention, the emission wavelength of the light emitting element is preferably 400 nm or more and 530 nm or less, taking into consideration the complementary color relationship with the emission wavelength from the fluorescent material, deterioration of the translucent resin, and the like. More preferably, it is 490 nm or less. In order to further improve the excitation and emission efficiency of the light emitting element and the fluorescent material, 450 nm or more and 475 nm or less are more preferable. Note that when a transparent material that is a component of the fluorescent material of the color conversion layer, the diffusion layer, and the anisotropic conductive layer is made of a resin that is relatively difficult to be deteriorated by ultraviolet rays, glass that is an inorganic material, etc., it is shorter than 400 nm. A light emitting element having a main light emission wavelength in the ultraviolet region or the short wavelength region of visible light can also be used. Color conversion type light-emitting devices that use light-emitting elements having wavelengths in the ultraviolet region are compared with the case of using semiconductor light-emitting elements that emit visible light because the chromaticity is determined only by the emission color converted by the fluorescent material. Thus, variations such as the wavelength of the semiconductor light emitting element can be absorbed, and the mass productivity can be improved.
[Anisotropic conductive layer 4]
In the present embodiment, the light-emitting element is placed such that the electrode forming surface side on which a pair of positive and negative electrodes is provided faces the external electrode exposed from the bottom surface of the package recess, and the continuous anisotropic conductive layer 4 Flip chip mounted through.
[0026]
In the present invention, the anisotropic conductive layer 4 includes conductive particles that can efficiently reflect light from the light-emitting element in a material made of organic or inorganic material having thermoplasticity or thermosetting property. Is distributed. As a material made of an organic material having thermoplasticity or thermosetting property, for example, a transparent resin such as an epoxy resin, an acrylic resin, or silicone is preferably used. Specific examples of the conductive particles include Ni particles, and particles having a metal coat made of Ni, Au, or the like on the surface of particles such as plastic and silica. In the present invention, the content of the conductive particles is preferably 0.3 vol% or more and 1.2 vol% or less with respect to the adhesive, and such an anisotropic conductive layer is formed by heating and pressurizing when the light emitting element is mounted. High conductivity can be easily obtained between the thickness directions of the layers. On the other hand, since the filling amount of the conductive particles is small in the plane direction of the layer, a short circuit between adjacent electrodes due to contact between the conductive particles does not occur, and high insulation can be maintained. More preferably, 1 mm in the anisotropic conductive layer 2 When the number of particles is 3500 or more and 5000 or less, a small light-emitting element having a narrow pitch between the electrodes can be finely connected to the external electrode on the base surface with high reliability. Furthermore, the anisotropic conductive layer can efficiently reflect and scatter light from the light emitting element to the upper color conversion layer.
[0027]
In the present invention, the anisotropic conductive layer 4 seals between the light emitting element surface and the base surface facing each other and directly covers a part of the side end face of the light emitting element. As a result, part of the light emitted from the light emitting element is taken into the anisotropic conductive layer, reflected and scattered by the conductive particles in the anisotropic conductive layer, and the fluorescent material in the color conversion layer is irradiated from below. can do. In the conventional light emitting device, only the fluorescent substance adjacent to the light emitting element or the fluorescent substance existing on the outermost surface is efficiently excited, and the fluorescent substance buried under the other cannot sufficiently perform the original function. It was. However, in the present invention, a part of the light emitted from the end face of the light emitting element is irradiated over the entire surface from the lower side of the conversion layer, so that the color conversion layer is the uppermost surface, the side surface adjacent to the light emitting element, and the anisotropic surface. Since excitation light is irradiated from the lower side in contact with the conductive film, color conversion efficiency can be improved in most fluorescent materials. Further, even when the light converted by the color conversion layer is reflected in the base surface direction, the path can be quickly changed by the conductive particles in the anisotropic conductive layer and extracted upward.
[Color conversion layer 6]
In the light emitting device of the present invention, the anisotropic conductive layer extends to the end of the base surface, and a color conversion layer is provided in contact with the upper surface of the extending portion of the anisotropic conductive layer and the side end surface of the light emitting element. It has been. With this configuration, the color conversion layer is irradiated with excitation light from the side end face of the adjacent light emitting element, and absorbs light from the light emitting element from below through the anisotropic conductive film. Can do. Accordingly, since the color conversion layer can absorb excitation light from the entire surface, a light emitting device capable of emitting light with high luminance with a minimum amount of fluorescent material can be obtained.
[0028]
In the present embodiment, the color conversion layer contains a fluorescent material capable of absorbing a part of the light of the light emitting element and emitting light of different wavelengths in the light transmitting member. As the translucent member, either an organic substance or an inorganic substance can be used depending on the characteristics and application of the light emitting element to be used. As a specific material of the translucent member suitably used in the present invention, a transparent resin excellent in weather resistance such as an epoxy resin, an acrylic resin, or silicone, or glass is preferably used. Here, by including the same material as the material contained in the anisotropic conductive layer as the material of the color conversion layer, the adhesion between the anisotropic conductive layer and the color conversion layer is improved, and the peeling of both is prevented. Can do. Moreover, you may contain a pigment with the said fluorescent substance.
[0029]
In addition, the color conversion layer has a shape that rises vertically from the anisotropic conductive layer with a substantially uniform thickness, and the content of the fluorescent material is 100 parts by weight or more and 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the translucent member. With the following, a light-emitting device that can emit light with high output can be obtained with high productivity.
[0030]
When a light-emitting element capable of emitting ultraviolet light having a main light emission peak in a short wavelength region near 400 nm is used as the light-emitting element, the color conversion layer absorbs visible light by absorbing the ultraviolet light with a resin or glass that is relatively resistant to ultraviolet light. It is preferable to use a fluorescent material that can emit light. Fluorescent substances that can fluoresce into red, blue, and green with such short-wavelength light, such as Y as a red phosphor 2 O 2 S: Eu, Sr as blue phosphor 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu, and (SrEu) O.Al as a green phosphor 2 O 3 Can be contained in the ultraviolet resistant resin and disposed as a color conversion thin film layer on the side end face of the light emitting element emitting short wavelength light, whereby white light can be obtained. When using a light emitting element that emits short wavelength light in this manner, the substrate side of the light emitting element is opaque, and the anisotropic conductive layer and the diffusion layer are a resin that is relatively resistant to ultraviolet rays, like the color conversion layer. It is preferable to use glass or glass as the main agent. In addition to the phosphors described above, 3.5MgO · 0.5MgF as a red phosphor 2 ・ GeO 2 : Mn, Mg 6 As 2 O 11 : Mn, Gd 2 O 2 : Eu, LaO 2 S: Eu, Re as blue phosphor 10 (PO 4 ) 6 Q 2 : Eu, Re 10 (PO 4 ) 6 Q 2 : Eu, Mn (where Re is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg, Zn, Q is at least one selected from halogen elements F, Cl, Br, I), BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu etc. can be used suitably. By using these fluorescent materials, a white light emitting diode capable of emitting light with high luminance can be obtained.
[0031]
In the color conversion thin film layer, when these different kinds of fluorescent materials are mixed and arranged as a single color conversion thin film layer, it is preferable that the center particle diameters and shapes of various fluorescent materials are similar. As a result, light emitted from various fluorescent materials can be mixed well and color unevenness can be suppressed. Moreover, you may laminate | stack each fluorescent substance as each color conversion thin film layer. When the color conversion thin film layers of various fluorescent materials are arranged as multiple thin film layers, the red fluorescent material layer, the green fluorescent material layer, and the blue fluorescent material layer are sequentially stacked in consideration of the ultraviolet light transmittance of each fluorescent material. It is preferable to make it. In the color conversion multiple thin film layer, when the central particle size of each fluorescent material is set to blue fluorescent material> green fluorescent material> red fluorescent material so that the particle size of the fluorescent material in each layer decreases from the lower layer to the upper layer, Ultraviolet light can be transmitted through the fluorescent material well up to the upper layer and converted to visible light, and ultraviolet light leakage can be prevented. In addition, each color conversion layer can be arranged on the element so as to have a stripe shape, a lattice shape, or a triangle shape. In this way, it is preferable that the layers are arranged with a space between them to improve the color mixing property.
[Fluorescent substance]
The particle size of the large particle size fluorescent material used in the present invention is preferably in the range of the center particle size of 6 μm to 50 μm, more preferably 15 μm to 30 μm. The fluorescent material having such a particle size has a light absorption rate. In addition, the conversion efficiency is high and the width of the excitation wavelength is wide. Fluorescent materials smaller than 6 μm are relatively easy to form aggregates and are densely settled in the liquid resin, thus reducing the light transmission efficiency and excitation with poor light absorption and conversion efficiency. The wavelength range is narrow.
[0032]
Here, in the present invention, the particle size of the fluorescent material is a value obtained by a volume-based particle size distribution curve, and the volume-based particle size distribution curve can be obtained by measuring the particle size distribution of the fluorescent material by a laser diffraction / scattering method. Is. Specifically, in an environment of an air temperature of 25 ° C. and a humidity of 70%, a fluorescent substance is dispersed in a sodium hexametaphosphate aqueous solution having a concentration of 0.05%, and a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000A) It was obtained by measuring in a particle size range of 0.03 μm to 700 μm. In the present invention, the central particle size of the fluorescent material is a particle size value when the integrated value is 50% in the volume-based particle size distribution curve. It is preferable that the fluorescent material having this central particle size value is contained with high frequency, and the frequency value is preferably 20% to 50%. In this way, by using a fluorescent material with small variation in particle diameter, a light emitting device with suppressed color unevenness and good contrast can be obtained.
(Yttrium / aluminum oxide phosphor)
The fluorescent material used in the present embodiment is excited by light emitted from a semiconductor light emitting element having a nitride-based semiconductor as a light emitting layer to emit light, and is activated by cerium (Ce) or praseodymium (Pr). A phosphor based on an aluminum oxide phosphor (YAG phosphor) can be obtained. As a specific yttrium / aluminum oxide fluorescent material, YAlO 3 : Ce, Y 3 Al 5 O 12 : Ce (YAG: Ce) or Y 4 Al 2 O 9 : Ce, and also a mixture thereof. The yttrium / aluminum oxide fluorescent material may contain at least one of Ba, Sr, Mg, Ca, and Zn. Moreover, by containing Si, the reaction of crystal growth can be suppressed and the particles of the fluorescent material can be aligned.
[0033]
In the present specification, the yttrium / aluminum oxide fluorescent material activated with Ce is to be interpreted in a broad sense, and part or all of yttrium is selected from the group consisting of Lu, Sc, La, Gd and Sm. Or a part or all of aluminum is used in a broad sense including a phosphor having a fluorescent action in which any or both of Ba, Tl, Ga, and In are substituted.
[0034]
More specifically, the general formula (Y z Gd 1-z ) Three Al Five O 12 : Photoluminescence phosphor represented by Ce (where 0 <z ≦ 1) or a general formula (Re 1-a Sm a ) Three Re ' Five O 12 : Ce (where 0 ≦ a <1, 0 ≦ b ≦ 1, Re is at least one selected from Y, Gd, La, Sc, and Re ′ is at least one selected from Al, Ga, In) The photoluminescence phosphor shown in FIG. Since this fluorescent material has a garnet structure, it is resistant to heat, light, and moisture, and the peak of the excitation spectrum can be made around 450 nm. In addition, the emission peak is in the vicinity of 580 nm and has a broad emission spectrum that extends to 700 nm.
[0035]
Further, the photoluminescence phosphor can increase the excitation emission efficiency in a long wavelength region of 460 nm or more by containing Gd (gadolinium) in the crystal. As the Gd content increases, the emission peak wavelength shifts to a longer wavelength, and the entire emission wavelength also shifts to the longer wavelength side. That is, when a strong reddish emission color is required, it can be achieved by increasing the amount of Gd substitution. On the other hand, as Gd increases, the emission luminance of photoluminescence by blue light tends to decrease. Furthermore, in addition to Ce, Tb, Cu, Ag, Au, Fe, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti, Eu, and the like can be contained as desired. Moreover, in the composition of the yttrium / aluminum / garnet-based phosphor having a garnet structure, a part of Al is replaced with Ga to reduce the emission wavelength to a short wavelength side, and a part of Y of the composition is replaced with Gd. Thus, the emission wavelength can be shifted to the long wavelength side.
[0036]
When substituting a part of Y with Gd, it is preferable that the substitution with Gd is less than 10%, and the Ce content (substitution) is 0.03 to 1.0. If the substitution with Gd is less than 20%, the green component is large and the red component is small. However, by increasing the Ce content, the red component can be supplemented and a desired color tone can be obtained without lowering the luminance. With such a composition, the temperature characteristics are good and the reliability of the light emitting diode can be improved. In addition, when a photoluminescent phosphor adjusted to have a large amount of red component is used, a light emitting device capable of emitting an intermediate color such as pink can be formed.
[0037]
Such photoluminescent phosphors use oxides or compounds that easily become oxides at high temperatures as raw materials for Y, Gd, Al, and Ce, Pr, and mix them well in a stoichiometric ratio. And get raw materials. Alternatively, a mixture of a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitating a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Pr in acid with a stoichiometric ratio with oxalic acid, and aluminum oxide is mixed. A mixed raw material is obtained. An appropriate amount of fluoride such as barium fluoride or ammonium fluoride is mixed as a flux and packed in a crucible, and baked in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a baked product. Can be obtained by ball milling in water, washing, separating, drying and finally passing through a sieve.
[0038]
In the light emitting diode of the present invention, such a photoluminescent phosphor may be a mixture of yttrium / aluminum / garnet phosphors activated by two or more kinds of cerium and other phosphors. By mixing two types of yttrium / aluminum / garnet phosphors with different amounts of substitution from Y to Gd, light having a desired color tone can be easily realized. In particular, when the fluorescent material with a large amount of substitution is the large particle size fluorescent material and the fluorescent material with the small amount of substitution or zero is the medium particle size fluorescent material, the color rendering property and the luminance can be improved at the same time. Can do.
(Nitride phosphor)
The fluorescent material used in the present invention contains N and at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf. And a nitride-based phosphor activated with at least one element selected from rare earth elements. Further, the nitride-based phosphor used in this embodiment refers to a phosphor that emits light by being absorbed by absorbing light emitted from a light-emitting element, visible light, ultraviolet light, or YAG-based phosphor. In particular, the phosphor according to the present invention includes Sr—Ca—Si—N: Eu, Ca—Si—N: Eu, Sr—Si—N: Eu, and Sr—Ca—Si—O—N with Mn added: Eu, Ca-Si-ON: Eu, Sr-Si-ON: Eu-based silicon nitride. The basic constituent element of this phosphor is represented by the general formula L X Si Y N (2 / 3X + 4 / 3Y) : Eu or L X Si Y O Z N (2 / 3X + 4 / 3Y-2 / 3Z) : Eu (L is Sr, Ca, or any one of Sr and Ca). In the general formula, X and Y are preferably X = 2, Y = 5, or X = 1, Y = 7, but any can be used. Specifically, Mn is added as a basic constituent element (Sr X Ca 1-X ) 2 Si 5 N 8 : Eu, Sr 2 Si 5 N 8 : Eu, Ca 2 Si 5 N 8 : Eu, Sr X Ca 1-X Si 7 N 10 : Eu, SrSi 7 N 10 : Eu, CaSi 7 N 10 : It is preferable to use a phosphor represented by Eu, but in the composition of this phosphor, from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr and Ni At least one or more selected may be contained. However, the present invention is not limited to this embodiment and examples.
L is any one of Sr, Ca, Sr and Ca. The mixing ratio of Sr and Ca can be changed as desired.
By using Si for the composition of the phosphor, it is possible to provide an inexpensive phosphor with good crystallinity.
[0039]
Europium Eu, which is a rare earth element, is used for the emission center. Europium mainly has bivalent and trivalent energy levels. The phosphor of the present invention has Eu as a base material for alkaline earth metal silicon nitride. 2+ Is used as an activator. Eu 2+ Is easily oxidized and trivalent Eu 2 O 3 It is marketed with the composition. However, commercially available Eu 2 O 3 Then, the involvement of O is large, and it is difficult to obtain a good phosphor. Therefore, Eu 2 O 3 It is preferable to use a product obtained by removing O from the system. For example, it is preferable to use europium alone or europium nitride. However, this is not the case when Mn is added.
[0040]
The additive Mn is Eu. 2+ Is promoted to improve luminous efficiency such as luminous brightness, energy efficiency, and quantum efficiency. Mn is contained in the raw material, or contains Mn alone or a Mn compound during the manufacturing process, and is fired together with the raw material. However, Mn is not contained in the basic constituent elements after firing, or even if contained, only a small amount remains compared to the initial content. This is probably because Mn was scattered in the firing step.
The phosphor includes at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O and Ni in the basic constituent element or together with the basic constituent element. Contains the above. These elements have actions such as increasing the particle diameter and increasing the luminance of light emission. Further, B, Al, Mg, Cr and Ni have an effect that afterglow can be suppressed.
[0041]
Such a nitride-based phosphor absorbs part of the blue light emitted by the light emitting element and emits light in the yellow to red region. Using a nitride-based phosphor together with a YAG-based phosphor in the light-emitting device having the above-described configuration, the blue light emitted from the light-emitting element and the yellow to red light by the nitride-based phosphor are mixed to produce a warm color system. A light emitting device that emits white light is obtained. It is preferable that the phosphor added in addition to the nitride-based phosphor contains an yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium. This is because it can be adjusted to a desired chromaticity by containing the yttrium / aluminum oxide fluorescent material. The yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium absorbs part of the blue light emitted by the light emitting element and emits light in the yellow region. Here, the blue light emitted from the light emitting element and the yellow light of the yttrium / aluminum oxide phosphor emit light in pale white color. Therefore, the yttrium / aluminum oxide phosphor and the phosphor emitting red light are mixed together in the color conversion layer and combined with the blue light emitted from the light emitting element to emit white mixed light. A light-emitting device can be provided. Particularly preferred is a white light emitting device whose chromaticity is located on the locus of black body radiation in the chromaticity diagram. However, in order to provide a light emitting device having a desired color temperature, the amount of phosphor of the yttrium / aluminum oxide phosphor and the amount of phosphor of red light emission can be appropriately changed. This light-emitting device that emits white-based mixed color light improves the special color rendering index R9. A conventional light emitting device that emits white light only by a combination of a light emitting element that emits blue light and a yttrium aluminum oxide phosphor activated by cerium has a special color rendering index R9 in the vicinity of a color temperature Tcp = 4600K. Was close to 0, and the reddish component was insufficient. Therefore, increasing the special color rendering index R9 has been a problem to be solved. In the present invention, the special color rendering index near the color temperature Tcp = 4600K is obtained by using the phosphor emitting red light together with the yttrium aluminum oxide phosphor. R9 can be increased to around 40.
[0042]
Next, the phosphor according to the present invention ((Sr X Ca 1-X ) 2 Si 5 N 8 : Eu) manufacturing method will be described, but is not limited to this manufacturing method. The phosphor contains Mn and O.
[0043]
(1) The raw materials Sr and Ca are crushed. The raw materials Sr and Ca are preferably used alone, but compounds such as imide compounds and amide compounds can also be used. The raw materials Sr and Ca include B, Al, Cu, Mg, Mn, and Al. 2 O 3 Etc. may be contained. The raw materials Sr and Ca are pulverized in a glove box in an argon atmosphere. Sr and Ca obtained by pulverization preferably have an average particle diameter of about 0.1 μm to 15 μm, but are not limited to this range. The purity of Sr and Ca is preferably 2N or higher, but is not limited thereto. In order to improve the mixed state, at least one of the metal Ca, the metal Sr, and the metal Eu can be alloyed, nitrided, pulverized, and used as a raw material.
[0044]
(2) The raw material Si is pulverized. The raw material Si is preferably a simple substance, but a nitride compound, an imide compound, an amide compound, or the like can also be used. For example, Si 3 N 4 , Si (NH 2 ) 2 , Mg 2 Si and the like. The purity of the raw material Si is preferably 3N or more, but Al 2 O 3 , Mg, metal boride (Co 3 B, Ni 3 B, CrB), manganese oxide, H 3 BO 3 , B 2 O 3 , Cu 2 Compounds such as O and CuO may be contained. Si is pulverized in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere in the same manner as the raw materials Sr and Ca. The average particle size of the Si compound is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
[0045]
(3) Next, the raw materials Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following formula 1 and formula 2, respectively.
[0046]
3Sr + N 2 → Sr 3 N 2 ... (Formula 1)
3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 ... (Formula 2)
Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere at 600 to 900 ° C. for about 5 hours. Sr and Ca may be mixed and nitrided, or may be individually nitrided. Thereby, a nitride of Sr and Ca can be obtained. Sr and Ca nitrides are preferably of high purity, but commercially available ones can also be used.
[0047]
(4) The raw material Si is nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following formula 3.
[0048]
3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 ... (Formula 3)
Silicon Si is also nitrided in a nitrogen atmosphere at 800 to 1200 ° C. for about 5 hours. Thereby, silicon nitride is obtained. The silicon nitride used in the present invention is preferably highly pure, but commercially available ones can also be used.
[0049]
{Circle around (5)} Sr, Ca or Sr—Ca nitride is pulverized. Sr, Ca, and Sr—Ca nitrides are pulverized in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.
Similarly, Si nitride is pulverized. Similarly, Eu compound Eu 2 O 3 Crush. Europium oxide is used as the Eu compound, but metal europium, europium nitride, and the like can also be used. In addition, as the raw material Z, an imide compound or an amide compound can be used. Europium oxide is preferably highly purified, but commercially available products can also be used. The average particle size of the alkaline earth metal nitride, silicon nitride and europium oxide after pulverization is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
[0050]
The raw material may contain at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O, and Ni. Further, the above elements such as Mg, Zn, and B can be mixed by adjusting the blending amount in the following mixing step. These compounds can be added alone to the raw material, but are usually added in the form of compounds. This type of compound includes H 3 BO 3 , Cu 2 O 3 MgCl 2 , MgO / CaO, Al 2 O 3 , Metal borides (CrB, Mg 3 B 2 , AlB 2 , MnB), B 2 O 3 , Cu 2 O, CuO, and the like.
[0051]
(6) After the above grinding, Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, Eu compound Eu 2 O 3 And add Mn. Since these mixtures are easily oxidized, they are mixed in a glove box in an Ar atmosphere or a nitrogen atmosphere.
[0052]
(7) Finally, Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, Eu compound Eu 2 O 3 The mixture is calcined in an ammonia atmosphere. Mn was added by firing (Sr X Ca 1-X ) 2 Si 5 N 8 : A phosphor represented by Eu can be obtained. However, the composition of the target phosphor can be changed by changing the blending ratio of each raw material.
[0053]
For firing, a tubular furnace, a small furnace, a high-frequency furnace, a metal furnace, or the like can be used. Firing can be performed in the range of 1200 to 1700 ° C., but a firing temperature of 1400 to 1700 ° C. is preferable. It is preferable to use a one-step baking in which the temperature is gradually raised and baking is performed at 1200 to 1500 ° C. for several hours, but the first step baking is performed at 800 to 1000 ° C. Two-stage baking (multi-stage baking) in which the second baking is performed at 1500 ° C. can also be used. The phosphor material is preferably fired using a boron nitride (BN) crucible or boat. In addition to the crucible made of boron nitride, alumina (Al 2 O 3 ) Material crucible can also be used.
[0054]
By using the above manufacturing method, it is possible to obtain a target phosphor.
[0055]
In this embodiment, a nitride-based phosphor is particularly used as a phosphor that emits reddish light. In the present invention, the above-described YAG-based phosphor can emit red light. It is also possible to provide a light emitting device including a phosphor. Such a phosphor capable of emitting red light is a phosphor that emits light when excited by light having a wavelength of 400 to 600 nm. 2 O 2 S: Eu, La 2 O 2 S: Eu, CaS: Eu, SrS: Eu, ZnS: Mn, ZnCdS: Ag, Al, ZnCdS: Cu, Al, and the like. As described above, the color rendering property of the light emitting device can be improved by using the phosphor capable of emitting red light together with the YAG phosphor.
[0056]
The YAG phosphor and the phosphor capable of emitting red light typified by the nitride phosphor are formed in the color conversion layer consisting of one layer on the side end surface of the light emitting element. Two or more types may be present, or one type or two or more types may be present in each of the two color conversion layers. With such a configuration, it is possible to obtain mixed color light by mixing light from different types of phosphors. In this case, it is preferable that the average particle diameters and shapes of the phosphors are similar in order to better mix the light emitted from the phosphors and reduce color unevenness. In consideration of the fact that the nitride-based phosphor absorbs part of the light whose wavelength has been converted by the YAG phosphor, the nitride-based phosphor is closer to the side end face of the light emitting element than the YAG-based phosphor. It is preferable to form the color conversion layer so as to be disposed at the position. Furthermore, it is preferable to form the color conversion layer so that the nitride phosphor is disposed closer to the anisotropic conductive layer than the YAG phosphor. With this configuration, a part of the light wavelength-converted by the YAG phosphor is not absorbed by the nitride phosphor, and the YAG phosphor and the nitride phosphor are mixed. Compared with the case where it is contained in the color conversion layer, it is possible to improve the color rendering properties of the mixed color light by both phosphors.
[Filler]
Furthermore, in the present invention, the color conversion layer may contain a filler in addition to the fluorescent material. The specific material is the same as that of the diffusing agent, but the diffusing agent has a central particle size different from that of the diffusing agent. In this specification, the filler has a central particle size of 5 μm or more and 100 μm or less. When the filler having such a particle size is contained in the translucent resin, the chromaticity variation of the light emitting device is improved by the light scattering action, and the thermal shock resistance of the translucent resin can be enhanced. The filler preferably has a particle size and / or shape similar to that of the fluorescent material. Here, in this specification, the similar particle diameter means a case where the difference in the central particle diameter of each particle is less than 20%, and the similar shape means an approximate degree of each particle diameter with a perfect circle. This represents a case where the difference in the value of the degree of circularity (circularity = perimeter length of a perfect circle equal to the projected area of the particle / perimeter length of the projected particle) is less than 20%. By using such a filler, the fluorescent material and the filler interact with each other, and the fluorescent material can be favorably dispersed in the resin, thereby suppressing color unevenness. Furthermore, it is preferable that both the fluorescent substance and the filler have a central particle diameter of 15 μm to 50 μm, more preferably 20 μm to 50 μm. In this way, by adjusting the particle diameter, a preferable interval is provided between the particles. be able to. As a result, a light extraction path is ensured, and the directivity can be improved while suppressing a decrease in luminous intensity due to filler mixing. In addition, when the sealing member is formed by the stencil printing method by including the fluorescent substance and filler having such a particle size range in the translucent resin, clogging of the dicing blade is recovered in the dicing process after the sealing member is cured. A dresser effect can be brought about, and mass productivity is improved.
[Light diffusion layer 7]
In addition, a translucent member may be provided on one plane formed by the surfaces of the light emitting element and the color conversion layer disposed on the side end surface of the light emitting element, and the translucent member may be provided to increase the light transmittance. A light diffusion layer 7 having a diffusing agent capable of reflecting and scattering light from the light emitting element and light from the fluorescent material may be provided therein. In this case, when the height of the light emitting element surface and the color conversion layer surface is substantially parallel, a light diffusion layer having a uniform film thickness can be easily formed, and good color mixing properties can be obtained. The light diffusion layer can be formed by various conventional methods such as potting, spray coating, stencil printing, and the like.
[0057]
In the present invention, the diffusing agent is not particularly limited, and various materials such as barium titanate, barium sulfate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, light calcium carbonate, and heavy calcium carbonate can be used. The particle size value of the diffusing agent is preferably 1.0 μm or more and less than 5 μm, more preferably 1.0 μm or more and less than 2.5 μm. When a diffusing agent having the above particle size value is used, light is emitted. It is preferable because light from the element and the fluorescent material can be diffusely reflected and color unevenness can be suppressed. Further, when the diffusing agent is in a crushed form, the long side length measured by transmission electron microscopy is preferably 1.0 μm or more and less than 3.0 μm. The content of the diffusing agent is preferably 0.5 parts by weight or more and 5 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the translucent member. Thereby, the luminous intensity and reliability of the light emitting device can be improved without reducing the light extraction efficiency from the light emitting element and the fluorescent material. In addition, the half width of the emission spectrum can be narrowed, and a light emitting device with high color purity can be obtained. The refractive index of the translucent member is preferably 1.4 or more and 1.65 or less, and the refractive index of the diffusing agent is preferably higher than that of the translucent member. As a result, a surface-emitting light-emitting device having excellent color mixing properties in which light is favorably reflected and scattered by the diffusing agent can be obtained.
[0058]
Similar to the color conversion layer, the translucent member that is a constituent member of the light diffusion layer can have either an organic substance or an inorganic substance depending on the characteristics and use of the light-emitting element to be used, and includes an epoxy resin, an acrylic resin, Urethane resin, diallyl phthalate resin, silicone resin, glass and the like are preferably used.
[0059]
Among organic substances, as a member having relatively high light resistance, a translucent polymer resin composed of a hydrophilic main chain and a hydrophobic side chain can be given. A translucent polymer resin composed of a hydrophilic main chain and a hydrophobic main chain is very difficult to handle because it does not cure and shrink due to heat and has tackiness on the surface after curing.
[0060]
For example, when the translucent polymer resin is applied in the package as in the present embodiment, the light emitting surface is uneven because the filling amount is adjusted to a small amount so as to fill the inner line from the top surface of the package. Color unevenness and variations in directivity. Further, it is difficult to make the injection amount of the polymer resin constant in each light emitting device, and a diffusing agent cannot be uniformly arranged in the polymer resin, and color variation is observed between the light emitting devices.
[0061]
Therefore, in this embodiment, a light diffusion layer is formed by combining a light-transmitting polymer resin composed of a hydrophilic main chain and a hydrophobic side chain with a diffusing agent capable of adjusting the oil absorption. The diffusion layer having such a configuration can be solidified with a film thickness thinner than that in the application stage by curing from the liquid state in the application stage by thermal action. Specifically, when the liquid mixture is filled up to the uppermost surface of the package recess and after thermosetting, the obtained light diffusion layer fits inside the package and has a shape having a smooth parabolic recess from the end to the center. . Thereby, it is possible to easily form a light diffusion layer having excellent reliability without adjusting the amount of filling in a coating step. This function is probably promoted by the heat curing step of the resin in the proportion of oil absorption amount of the diffusing agent, and a part of the components in the resin is absorbed by the diffusing agent, while the absorption rate of the resin in the diffusing agent is It is higher than the volume increase rate due to the absorption of methane, and as a result, the volume of the diffusion layer seems to decrease overall.
[0062]
The oil absorption amount of the diffusing agent can be adjusted by the degree of surface treatment. Surface treatment is Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Si or the like can be used. When it is desired to greatly reduce the volume, it is preferable that the surface treatment is hardly performed. The greater the degree of surface treatment, the lower the oil absorption of the diffusing agent. Thus, by adjusting the degree of the surface treatment of the diffusing agent, a light diffusion layer having a desired thickness can be easily formed. Examples of the diffusing agent capable of adjusting the oil absorption include light calcium carbonate, heavy calcium carbonate, talc, white carbon, magnesium carbonate, hydrous aluminum oxalate / magnesium, and the like. Further, the oil absorption amount of the diffusing agent is preferably 30 ml / 100 g or more and 150 ml / 100 g or less in a state where the surface treatment is not performed. This makes it possible to set a wide range of oil absorption by performing surface treatment later. In this specification, the oil absorption amount is a value measured by the oil absorption amount test method of Japanese Industrial Standard (JIS K5101).
[0063]
A light diffusion layer consisting of a transparent polymer resin consisting of a hydrophilic main chain and a hydrophobic side chain and a diffusing agent whose oil absorption can be adjusted is a parabolic shape from both ends to the center formed by resin absorption of the diffusing agent. Since the surface has a smooth light emitting surface that is recessed, a surface light source that emits light uniformly can be realized. Furthermore, it is preferable that the light emitting surface is substantially symmetrical with respect to the major axis and the minor axis when viewed from the light emitting surface side, whereby a light emitting measure having good directivity can be obtained. The light emitting surface which is such a curved surface is formed by, for example, a stencil printing method.
[0064]
As described above, the light diffusion layer of the present embodiment uses a light diffusion layer composed of a translucent polymer resin composed of a hydrophilic main chain and a hydrophobic side chain and a diffusing agent capable of adjusting the oil absorption amount. There is no need to finely adjust the amount according to the appearance, and the filling amount may be filled in the same plane line as the upper surface of the package. Thereby, although it has tackiness in the surface after hardening, it can form by various methods conventionally known like other translucent members.
[0065]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited only to the Example shown below.
(Example 1)
A surface mount type light emitting device as shown in FIG. 1 is formed. The LED chip, which is a light emitting element, has a 475 nm In as a light emitting layer with a monochromatic emission peak of visible light. 0.2 Ga 0.8 A nitride semiconductor element having an N semiconductor is used. More specifically, in the LED chip, TMG (trimethylgallium) gas, TMI (trimethylindium) gas, nitrogen gas and dopant gas are flowed together with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate to form a nitride semiconductor by MOCVD. It can be formed by forming a film. SiH as dopant gas 4 And Cp 2 A layer to be an n-type nitride semiconductor or a p-type nitride semiconductor is formed by switching Mg.
[0066]
The element structure of the LED chip is an n-type GaN layer which is an undoped nitride semiconductor on a sapphire substrate, a GaN layer which is formed with an Si-doped n-type electrode and becomes an n-type contact layer, and an undoped nitride semiconductor. The n-type GaN layer, then the GaN layer that will be the barrier layer that constitutes the light emitting layer, the InGaN layer that constitutes the well layer, and the GaN layer that will be the barrier layer are set as one set, and five InGaN layers sandwiched between the GaN layers are laminated. It has a multi-quantum well structure. On the light emitting layer, an AlGaN layer as a p-type cladding layer doped with Mg and a GaN layer as a p-type contact layer doped with Mg are sequentially laminated. (Note that a GaN layer is formed on the sapphire substrate at a low temperature to serve as a buffer layer. The p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.)
Next, the surface of each pn contact layer is exposed on the same side as the nitride semiconductor on the sapphire substrate by etching. Positive and negative pedestal electrodes were formed on each contact layer by sputtering. A metal thin film is formed on the entire surface of the p-type nitride semiconductor as a translucent electrode, and then a pedestal electrode is formed on a part of the translucent electrode. After drawing the scribe line, the completed semiconductor wafer is divided by an external force to form an LED chip having a pair of positive and negative electrodes on the semiconductor lamination surface side and capable of emitting a part of light emission from the side end surface. .
[0067]
Next, a mold resin melted from a gate on the lower surface side of the package molded body is poured into a mold closed by inserting a pair of positive and negative lead electrodes and closed to form a package. The package has a recess capable of accommodating the light emitting element, and the positive and negative lead electrodes are integrally formed so that one main surface is exposed from the bottom surface of the recess. In this package, the outer lead portions of the positive and negative lead electrodes are bent inward along the bonding surfaces at both ends of the bonding surface of the package, and are soldered at the bent portions. It is configured as follows.
[0068]
Next, an Ni thin film is formed on a spherical plastic particle having a central particle diameter of 3 μm by an electroless plating method, and then an electrically conductive particle having an Au thin film formed on the outermost layer by a displacement plating method is applied to the silicone resin. 5 vol% is added, and it is applied so that the film thickness is in the range of 10 μm or more and 20 μm or less so as to cover the bottom surface of the recess of the package. Next, each electrode of the LED chip is placed on each lead electrode exposed from the bottom of the package recess so that the electrode forming surface and a part of the side end surface of the LED chip are buried in the coating solution. And then applying heat and pressure to solidify the anisotropic conductive layer and electrically connect each electrode.
[0069]
Next, as the fluorescent material, respective oxides of Y, Gd, Al, and Ce are mixed at a stoichiometric ratio to obtain a mixed raw material. This is mixed with flux and packed in a crucible and mixed for 2 hours in a ball mill mixer. After the balls are removed, baking is performed at 1400 ° C. to 1600 ° C. for 6 hours in a weak reducing atmosphere, and further baking is performed at 1400 ° C. to 1600 ° C. for 6 hours in a reducing atmosphere. The fired product is ball-milled in water, washed, separated, dried, and finally passed through a sieve to have a center particle size of 8 μm (Y 0.8 Gd 0.2 ) 2.750 Al 5 O 12 : Ce 0.250 Form a fluorescent material.
[0070]
A material obtained by adding 150 parts by weight of the phosphor to 100 parts by weight of the silicone resin is in contact with the upper surface of the anisotropic conductive layer and the side end surface of the LED chip, and is substantially in line with the uppermost surface of the LED chip. And a heat treatment is performed at 50 ° C. for 2 hours and 150 ° C. for 4 hours to form a color conversion layer.
[0071]
Next, 3 parts by weight of light calcium carbonate having a center particle diameter of 3 μm, a degree of aggregation of 93%, and an oil absorption of 70 ml / 100 g is contained with respect to 100 parts by weight of the silicone resin, and the mixture is stirred for 5 minutes by a rotation and revolution mixer. Next, in order to cool the heat generated by the stirring treatment, the resin is allowed to stand for 30 minutes to return to a constant temperature and stabilized. The mixed liquid thus obtained is filled in the package recess to the same plane as the upper surfaces of both ends of the recess. Finally, heat treatment is performed at 50 ° C. × 2 hours and 150 ° C. × 4 hours. Thereby, the light emission surface which has a substantially symmetrical parabolic recess from the upper surface of the both ends of the said recessed part to the center part is obtained.
[0072]
In the light emitting diode thus formed, the blue light emitted from the upper surface of the LED chip is emitted with high output toward the front, and part of the light emitted from the side end surface of the LED chip is adjacent to the color conversion layer. The remaining portion of the light that is directly incident on and emitted from the side end face is guided into the adjacent anisotropic conductive film, reflected and scattered by the contained conductive particles, and then the color stacked above. Incident on the conversion layer. This makes it possible to efficiently irradiate all the fluorescent materials with excitation light, and yellow light emitted from the fluorescent materials is emitted forward from the color conversion layer. These blue light and yellow light are well mixed in the front light diffusion layer, and white light appears in front.
[0073]
As described above, in the light-emitting device of this example, light emitted from the four sides and eight sides of the light-emitting element is efficiently used, and thus high light output with high light transmittance can be obtained. Moreover, the light transmittance and reliability in the interface between each member can be improved by making the translucent member used for each member the same material. The color conversion type light-emitting device thus obtained has a luminous intensity of 500 mcd and an optical output of 4 mW, and good directional characteristics can be obtained. In addition, in the high temperature storage test (100 ° C.), the high temperature and high humidity storage test (80 ° C., 85% RH), and the low temperature storage test (−40 ° C.), there is almost no decrease in output, and it can be said that it has high reliability. . The 3σ of chromaticity in the x-axis direction in the CIE chromaticity coordinates is 0.006, and a light emitting device with very little color variation can be obtained.
(Example 2)
As shown in FIG. 2, when an integrated light-emitting device is formed in the same manner as in Example 1 except that a plurality of light-emitting elements are mounted with the color conversion layer interposed therebetween, light emission is further enhanced with excellent color mixing and high output. A light-emitting device capable of being obtained.
(Example 3)
As shown in FIG. 3, when an integrated light emitting device is formed in the same manner as in Example 2 except that an LED array light emitting element having a plurality of light emitting layers is used as each light emitting element, the same effect as in Example 2 can be obtained.
[0074]
【The invention's effect】
In the light emitting device of the present invention, the color conversion layer is provided in contact with the upper side end surface of the light emitting element, and the anisotropic conductive layer is provided in contact with the lower side, thereby exciting the excitation light emitted from the side end surface. By irradiating from the two directions of the side end face and the lower bottom face of the color conversion layer, the efficiency of the fluorescent substance in the color conversion layer is increased. Furthermore, by disposing the color conversion layer only on the side surface of the light emitting element side, without arranging the color conversion layer on the upper surface of the light emitting element, the arrangement pattern of the fluorescent material can be made constant, and between the light emitting devices. The color variation can be suppressed, and the light emitted from the light emitting element and the light emitted from the color conversion layer can be extracted upward with high output. Further, continuous light diffusion comprising a highly reliable polymer resin composed of a hydrophilic main chain and a hydrophobic main chain and a diffusing agent capable of adjusting the oil absorption rate in contact with the upper surface of the light emitting element and the upper surface of the color conversion layer. By providing the layer, the light emitting surface can be a smooth surface having a recess from the end to the center. Thereby, the work in the coating stage can be simplified and a uniform surface light source can be obtained. In addition, a light-emitting device that can mount a plurality of light-emitting elements with high density and high reliability and can emit light having a long life and the same brightness as illumination can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing a light emitting device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing another light emitting device of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view and a schematic sectional view showing another light emitting device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Package
2, 3 ... External electrode
4 ... Anisotropic conductive layer
4a ... conductive particles
5. Light emitting element
6. Color conversion layer
7 ... Light diffusion layer

Claims (5)

同一面側に正負一対の電極を有し、側方端面から発光の一部を発光する発光素子と、その発光素子の光の一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する蛍光物質を有してなる色変換層と、を有する発光装置であって、
前記発光素子は、表面に外部電極を有する基面に対し、導電粒子を有して成る異方性導電層を介してフリップチップ実装されており、
前記色変換層は、前記発光素子の周囲に延在した前記異方性導電層の上に積層され、
前記発光素子の側方端面は、厚み方向において、一部が前記異方性導電層にて被覆され他の一部が前記色変換層にて被覆されていることを特徴とする発光装置。
It has a pair of positive and negative electrodes on the same surface, a light emitting element that emits part of the light emitted from the side end face, and a fluorescent material that absorbs part of the light from the light emitting element and emits light having a different wavelength. A light emitting device having a color conversion layer formed by:
The light emitting element is flip-chip mounted on the base surface having the external electrode on the surface through an anisotropic conductive layer having conductive particles,
The color conversion layer is laminated on the anisotropic conductive layer extending around the light emitting element,
A side end face of the light emitting element is partly covered with the anisotropic conductive layer in the thickness direction, and the other part is covered with the color conversion layer.
前記色変換層は前記異方性導電層の上に均一な厚みで積層されており、
前記蛍光物質は、前記透光性部材100重量部に対して30重量部%〜100重量部%含有されている請求項1に記載の発光装置。
The color conversion layer is stacked in a uniform thickness over the anisotropic conductive layer,
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the fluorescent material is contained in an amount of 30 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the translucent member.
前記色変換層の表面は、前記発光素子の表面と平行であり、前記発光素子露出面及び前記色変換層露出面に接して連続した拡散層を有する請求項2に記載の発光装置。  The light emitting device according to claim 2, wherein the surface of the color conversion layer has a diffusion layer that is parallel to the surface of the light emitting element and is continuous in contact with the light emitting element exposed surface and the color conversion layer exposed surface. 前記発光素子は、前記色変換層を挟んで複数個載置されている請求項1から3のいずれか一項に記載の発光装置。  The light emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the light emitting elements are mounted with the color conversion layer interposed therebetween. 前記発光素子は、複数の発光層を有するアレイ発光素子である請求項1から4のいずれか一項に記載の発光装置。  The light emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light emitting element is an array light emitting element having a plurality of light emitting layers.
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