JP4350183B2

JP4350183B2 - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP4350183B2
Application number: JP35764398A
Authority: JP
Inventors: 伸行須藤; 賢二寺島; 千里古川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: JP2000183408A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色系の発光の安定性を高めた半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いたＬＥＤランプなどの半導体発光装置においては、ＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布したり、あるいはＬＥＤランプを構成する樹脂中に蛍光体粉末を含有させることによって、ＬＥＤチップ本来の発光色以外の発光色、例えば白色光を得ることが実用化されている。
【０００３】
このような白色光を発する半導体発光装置では、中心波長が約 450nm付近の青色を発光するＧａＮ系ＬＥＤチップを用いるのが一般的である。すなわち、青色発光のＧａＮ系ＬＥＤチップの表面に、黄橙色発光の 3価のセリウム付活アルミン酸イットリウム（ＹＡＧ）蛍光体を含む層を形成し、ＬＥＤチップからの青色発光を 3価のセリウム付活アルミン酸イットリウム（ＹＡＧ）蛍光体で変換して、白色光を得るようにしている。
【０００４】
この種の半導体発光装置の製造方法について簡単に説明する。まず、リードフレーム上に青色発光のＧａＮ系ＬＥＤチップをマウントした後、リードフレームとＬＥＤチップとをボンディングワイヤで接続する。次に、ＬＥＤチップとボンディングワイヤの周囲を、黄橙色発光の 3価のセリウム付活アルミン酸イットリウム（ＹＡＧ）蛍光体を混合したプレディップ材で覆って熱処理し、プレディップ材を硬化させる。このプレディップ材は黄橙色発光の蛍光体層として機能する。プレディップ材の外側はレンズを兼ねたキャスティング材で覆う。プレディップ材とキャスティング材はいずれも熱硬化性の樹脂からなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では色彩感覚が豊かになり、各種の半導体発光装置にも微妙な色会い（色再現性）および発光色の安定性が要求されてきている。しかしながら、上述したような従来の半導体発光装置においては、発光チップのピーク波長の変動幅が±10nm程度あるため、このピーク波長が変動する青色発光を黄橙色発光の蛍光体で変換して得られる白色光は発光色度が不安定になるという問題を有している。
【０００６】
このように、従来の青色発光のＬＥＤチップと黄橙色発光の蛍光体とを組合せた白色発光の半導体発光装置では、安定した発光色度が得られていないのが現状である。そこで、発光色度の安定した白色光を簡単な構造で得られるようにした半導体発光装置が求められている。
【０００７】
本発明はこのような課題に対処するためになされたものであり、蛍光体の場合には通常ピーク波長の変動幅を±2nm 程度に制御できることを利用することによって、簡単な構造で発光色度の安定した白色系の発光を得ることを可能にした半導体発光装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、紫外光を発光する発光チップと、前記発光チップの発光面上に形成され、前記紫外光を吸収して青色光を発光する青色発光蛍光体を含む第１の蛍光体層と、前記第１の蛍光体層上に形成され、前記青色光を吸収して黄橙色光を発光する黄橙色発光蛍光体を含む第２の蛍光体層とを具備し、前記発光チップは2層以上の積層構造を有する樹脂層により覆われており、かつ前記青色発光蛍光体および黄橙色発光蛍光体は前記積層構造を有する樹脂層中に個別に含有されており、前記第１および第２の蛍光体層は、前記第１の蛍光体層が前記紫外光を吸収して発光する青色光と、前記第２の蛍光体層が前記青色光を吸収して発光する黄橙色光とによって、所望の白色系の光が得られるように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明の半導体発光装置においては、紫外光を発する発光チップを用い、この発光チップからの紫外光を第１の蛍光体層で青色発光に変換している。ここで、発光チップのピーク波長は前述したように±10nm程度の幅で変動するおそれがあるものの、青色発光蛍光体を含む第１の蛍光体層はこのようにピーク波長が変動する紫外光を効率よく吸収し、かつ第１の蛍光体層が紫外光を吸収して発光する青色光のピーク波長は±2nm 程度に変動幅を制御することができる。そして、このような青色光と第２の蛍光体層が青色光を吸収して発光する黄橙色光とで白色光を発光させることによって、高効率でかつ発光色度の非常に安定した白色光を得ることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体発光装置を実施するための形態について説明する。
【００１３】
図１は本発明の半導体発光装置の第１の実施形態としてのＬＥＤランプの概略構造を示す断面図である。同図において、１は例えばＩｎＧａＮ活性層を有する中心波長が 370nm付近の紫外ＬＥＤチップであり、この紫外ＬＥＤチップ１はリードフレーム２上に接着剤層３を介して固定されている。紫外ＬＥＤチップ１とリードフレーム２はボンディングワイヤ４により電気的に接続されている。
【００１４】
上述した紫外ＬＥＤチップ１は、ボンディングワイヤ４などと共に樹脂層５により覆われている。ここで、樹脂層５は紫外ＬＥＤチップ１の周囲を覆うプレディップ材６と、このプレディップ材６の周囲を覆うキャスティング材７とを有している。プレディップ材６は、例えば無機の溶剤を用いて形成される。プレディップ材６とキャスティング材７は共に透明な樹脂などで形成される。
【００１５】
図１に示すＬＥＤランプにおいて、プレディップ材６は 2層積層構造を有しており、紫外ＬＥＤチップ１の周囲を覆う第１の層６ａは青色発光蛍光体を含有している。さらに、第１の層６ａ上に形成された第２の層６ｂは黄橙色発光蛍光体を含有している。すなわち、 2層構造を有するプレディップ材６のうち、紫外ＬＥＤチップ１の発光面を覆う第１の層６ａは青色発光蛍光体を含む第１の蛍光体層として機能し、この第１の層（第１の蛍光体層）６ａ上に形成された第２の層６ｂは黄橙色発光蛍光体を含む第２の蛍光体層として機能する。
【００１６】
第１の蛍光体層６ａは、紫外光を吸収して青色光を発光する青色発光蛍光体を含有していればよいが、特に
一般式：（Ｍ1 ，Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂
（式中、Ｍ1 はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも 1種の元素を示す）
で実質的に表される 2価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
一般式：ａ（Ｍ2 ，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃
（式中、Ｍ2 はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも 1種の元素を示し、ａおよびｂはａ＞0 、ｂ＞0 、 0.2≦ａ／ｂ≦1.5 を満足する数である）
で実質的に表される 2価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、
一般式：ａ（Ｍ2 ，Ｅｕ_v，Ｍｎ_w）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃
（式中、Ｍ2 はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも 1種の元素を示し、ａ、ｂ、ｖおよびｗはａ＞0 、ｂ＞0 、 0.2≦ａ／ｂ≦1.5 、 0.001≦ｗ／ｖ≦0.6 を満足する数である）
で実質的に表される 2価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体などを含有させることが好ましい。これらの青色発光蛍光体は紫外光の吸収効率に優れ、青色光が効率よく発光される。
【００１７】
また、第２の蛍光体層６ｂは青色光を吸収して黄橙色光を発光する黄橙色発光蛍光体を含有していればよいが、特に
一般式：（Ｙ_1-x-yＧｄ_xＣｅ_y）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂
（式中、ｘおよびｙは 0.1≦ｘ≦0.55、0.01≦ｙ≦0.4 を満足する数である）で表される 3価のセリウム付活アルミン酸塩蛍光体を含有させることが好ましい。この黄橙色発光蛍光体は青色光の吸収効率に優れ、黄橙色光が効率よく発光される。
【００１８】
上述したように、図１に示したＬＥＤランプにおいては、樹脂層５の一部であるプレディップ材６を 2層構造とし、これらプレディップ材６の各層中に青色発光蛍光体と黄橙色発光蛍光体を個別に含有させることによって、第１の蛍光体層６ａと第２の蛍光体層６ｂとを形成している。青色発光蛍光体を含む第１の蛍光体層６ａは、上述したように紫外ＬＥＤチップ１の発光面上に形成されており、黄橙色発光蛍光体を含む第２の蛍光体層６ｂは第１の蛍光体層６ａ上に形成されている。
【００１９】
第１の蛍光体層６ａおよび第２の蛍光体層６ｂとして機能するプレディップ材６の各層は、例えば紫外ＬＥＤチップ１をリードフレーム２上に固定した後、青色発光蛍光体を含有するプレディップ材用の熱硬化性樹脂と黄橙色発光蛍光体を含有するプレディップ材用の熱硬化性樹脂を順に塗布し、熱処理を施して蛍光体を含有する熱硬化性樹脂を硬化させることによって形成される。このようなプレディップ材６の周囲をキャスティング材７で覆った後、熱処理を行ってキャスティング材７を硬化させることにより、図１に示したＬＥＤランプが得られる。
【００２０】
プレディップ材６の形成工程は、紫外ＬＥＤチップ１の製造工程としてのウエハ工程で予め形成しておくこともできる。この場合には、半導体ウエハに多数の紫外ＬＥＤチップを作り込んだ後、まずこれら紫外ＬＥＤチップの発光面を覆うように、第１の蛍光体層６ａとして機能するプレディップ材層を形成し、次いでその上に第２の蛍光体層６ｂとして機能するプレディップ材層を形成する。この後、半導体ウエハを各紫外ＬＥＤチップに分割し、この第１および第２の蛍光体層６ａ、６ｂを有する紫外ＬＥＤチップ１をリードフレーム２上に固定する。そして、プレディップ材６が予め形成された紫外ＬＥＤチップ１の周囲をキャスティング材７で覆った後、熱処理を行ってキャスティング材７を硬化させることによって、図１に示したＬＥＤランプが得られる。
【００２１】
上述したＬＥＤランプにおいて、紫外ＬＥＤチップ１から発光された紫外光は青色発光蛍光体を含む第１の蛍光体層６ａに吸収され、第１の蛍光体層６ａから青色光が発光される。ここで、紫外ＬＥＤチップ１から発光される紫外光のピーク波長は例えば±10nm程度の幅で変動するおそれがあるが、第１の蛍光体層６ａはこのようにピーク波長が変動する紫外光を効率よく吸収し、高効率で青色光が発光される。
【００２２】
さらに、第１の蛍光体層６ａが紫外光を吸収して発光する青色光のピーク波長は±2nm 程度に変動幅を制御することができる。従って、第１の蛍光体層６ａから発光される青色光と、この青色光を第２の蛍光体層６ｂが吸収して発光される黄橙色光とにより得られる白色光の発光色度を大幅に安定させることができると共に、高効率で白色光を得ることが可能となる。
【００２３】
この実施形態のＬＥＤランプの発光色は、第１および第２の蛍光体層６ａ、６ｂ中の各蛍光体量や第１および第２の蛍光体層６ａ、６ｂの厚さなどを調節することによって、所望の白色系の光とすることができる。この際、純粋な白色光に限らず、ＬＥＤランプの用途によっては青色がかった白色光や黄橙色がかった白色光などを得ることも可能である。このように、第１および第２の蛍光体層６ａ、６ｂは、第１の蛍光体層６ａが紫外光を吸収して発光する青色光と、第２の蛍光体層６ｂが青色光を吸収して発光する黄橙色光とによって、所望の白色系の光が得られるように各種条件が設定されている。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の半導体発光装置の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００３０】
実施例１
図１に示したＬＥＤランプを表１に示す青色発光蛍光体および黄橙色発光蛍光体を用いて作製した。ＬＥＤランプは10個作製し、これら10個のＬＥＤランプの発光色度を測定した。その結果として発光色度の平均値と発光色度の変動幅を表１に示す。
【００３１】
また、本発明との比較例１として、中心波長が約 450nm付近の青色光を発光するＧａＮ系ＬＥＤチップを用いると共に、黄橙色発光蛍光体を含む蛍光体層のみを形成したＬＥＤランプを作製した。ＬＥＤランプは10個作製し、これら10個のＬＥＤランプの発光色度を測定した。その結果として発光色度の平均値と発光色度の変動幅を表１に併せて示す。
【００３２】
【表１】

表１から明らかなように、実施例１による白色発光のＬＥＤランプは、従来の白色発光のＬＥＤランプ（比較例１）に比べて、色度の安定した白色光が得られていることが分かる。
【００３３】
実施例２、３
図１に示したＬＥＤランプを、表２（実施例２）および表３（実施例３）に示す青色発光蛍光体および黄橙色発光蛍光体を用いて作製した。ＬＥＤランプはそれぞれ10個作製し、これら10個のＬＥＤランプの発光色度を測定した。その結果として発光色度の平均値と発光色度の変動幅を表２および表３に示す。
【００３４】
また、本発明との比較例２、３として、中心波長が約 450nm付近の青色光を発光するＧａＮ系ＬＥＤチップを用いると共に、黄橙色発光蛍光体を含む蛍光体層のみを形成したＬＥＤランプをそれぞれ作製した。ＬＥＤランプはそれぞれ10個作製し、これら10個のＬＥＤランプの発光色度を測定した。その結果として発光色度の平均値と発光色度の変動幅を表２および表３に併せて示す
【表２】

【表３】

表２および表３から明らかなように、実施例２、３による白色発光のＬＥＤランプは、それぞれ従来の白色発光のＬＥＤランプ（比較例２、３）に比べて、色度の安定した白色光が得られていることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体発光装置によれば、発光色度が安定した所望の白色系の光を簡単な構造で高効率に得ることが可能となる。このような本発明の半導体発光装置によれば、白色発光の半導体発光装置の応用分野を大幅に広げることができ、半導体発光装置の実用性の向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光装置の第１の実施形態としてのＬＥＤランプの概略構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１……紫外ＬＥＤチップ
２……リードフレーム
４……ボンディングワイヤ
５……樹脂層
６……プレディップ材
６ａ……第１の蛍光体層
６ｂ……第２の蛍光体層
７……キャスティング材

Claims

紫外光を発光する発光チップと、
前記発光チップの発光面上に形成され、前記紫外光を吸収して青色光を発光する青色発光蛍光体を含む第１の蛍光体層と、
前記第１の蛍光体層上に形成され、前記青色光を吸収して黄橙色光を発光する黄橙色発光蛍光体を含む第２の蛍光体層とを具備し、
前記発光チップは2層以上の積層構造を有する樹脂層により覆われており、かつ前記青色発光蛍光体および黄橙色発光蛍光体は前記積層構造を有する樹脂層中に個別に含有されており、
前記第１および第２の蛍光体層は、前記第１の蛍光体層が前記紫外光を吸収して発光する青色光と、前記第２の蛍光体層が前記青色光を吸収して発光する黄橙色光とによって、所望の白色系の光が得られるように構成されていることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１記載の半導体発光装置において、
前記青色発光蛍光体は、
一般式：（Ｍ1，Ｅｕ）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂
（式中、Ｍ1 はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも1種の元素を示す）
で実質的に表される2価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
一般式：ａ（Ｍ2，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃
（式中、Ｍ2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ａおよびｂはａ＞0、ｂ＞0、0.2≦ａ／ｂ≦1.5を満足する数である）
で実質的に表される2価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および
一般式：ａ（Ｍ2，Ｅｕ_v，Ｍｎ_w）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃
（式中、Ｍ2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ａ、ｂ、ｖおよびｗはａ＞0、ｂ＞0、0.2≦ａ／ｂ≦1.5、0.001≦ｗ／ｖ≦0.6を満足する数である）
で実質的に表される2価のユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１記載の半導体発光装置において、
前記黄橙色発光蛍光体は、
一般式：（Ｙ_1-x-yＧｄ_xＣｅ_y）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂
（式中、ｘおよびｙは0.1≦ｘ≦0.55、0.01≦ｙ≦0.4を満足する数である）
で表される3価のセリウム付活アルミン酸塩蛍光体からなることを特徴とする半導体発光装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の半導体発光装置において、
前記発光チップはリードフレーム上に固定され、かつ前記発光チップとリードフレームとはボンディングワイヤにより接続されていることを特徴とする半導体発光装置。