JP4932078B2

JP4932078B2 - 発光装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4932078B2
Application number: JP2000368603A
Authority: JP
Inventors: 義則清水; 芳文永井
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2002170999A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、ＬＥＤ（light emitting diode）やＬＤ（laser diode）などの半導体発光素子及び蛍光体を利用した発光装置に係わり、特に、高輝度且つ色バラツキの少ない発光装置を提供することにある。
【０００２】
【従来技術】
今日、発光層に窒化物半導体（代表的には、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を用いた半導体発光素子であるＬＥＤチップと、このＬＥＤチップをＬＥＤチップから放出される青色光を吸収して補色となる黄色光などが発光可能な蛍光体を含有させた樹脂で被覆することにより白色などが発光可能な発光装置である発光ダイオードが開発された。
【０００３】
このような発光ダイオードは、１チップ２端子で白色を発光することができる。電球や蛍光灯と比べ小型で発熱が少なく比較的簡単な構成とすることができる。特に、冷陰極管とは異なりインバーターを必要とせず、Ｈｇを使用しないため環境に優しいといわれている。また、振動に強く電球のように玉切れがない、低消費電力など優れた特徴を持っていることから液晶のバックライト、各種照明やインジケーターなど種々の分野で急速に利用され始めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、使用分野の広がりと共により高輝度化が求められており、上記構成の発光ダイオードでは十分でなく更なる出力向上が求められている。他方、発光ダイオードを導光板の端面に設けて液晶のバックライトなどに応用する場合は、発光ダイオードがマクロ的に点光源としてみなされるため複数個用いる場合がある。この場合、混色光の白色は色彩感覚として人間の目に敏感であり少しの色ズレでも判別することができることから色調の均一性がとくに求められる。
【０００５】
しかし、発光ダイオードに用いられる半導体は、その形成条件が極めて難しく原料ガス流量や基板温度、不純物濃度のわずかの差で発光特性などにバラツキが生ずる。２インチ程度の半導体ウエハーから数万個にも及ぶＬＥＤチップを形成させるために発光輝度などを選出させ、各製品ごとに分類して調整させた発光ダイオードを使用することは実質上極めて難しい。仮に各発光ダイオードの各特性を揃えたものだけを用いて形成させたとしても極めて歩留まりの悪い製品となってしまう。
【０００６】
特に、半導体発光素子の特性バラツキと比較すると使用する蛍光体の特性バラツキは極めて小さく、特に形成された各蛍光体の励起スペクトルはほぼ一定値として扱われるため、ＬＥＤチップなどの発光スペクトルが異なると蛍光体に吸収されるＬＥＤチップの波長が大きく異なる場合がある。このため、ＬＥＤチップから放出される出力は同等であるにもかかわらず、発光ダイオードの蛍光体から放出される輝度が異なることとなる。また、半導体発光素子は電流値及び／又は駆動温度によっても発光スペクトルがシフトするため、この特性が大きく異なると同様に電流値及び／又は温度によって色ズレを生ずる場合もある。
【０００７】
さらに、ＬＥＤチップからの発光スペクトルと蛍光体からの光の混色光を利用した発光ダイオードの場合、蛍光体に吸収されなかったＬＥＤチップからの残りの発光スペクトルも混色発光に利用される。そのため、蛍光体の輝度ずれに伴う色調ズレだけでなく、蛍光体によって部分的に吸収されたＬＥＤチップからの残りの発光スペクトルの成分も変化する。そのためＬＥＤチップの波長がずれるとＬＥＤチップからの波長ずれ以上に発光ダイオードから放出される発光スペクトルの色調や輝度が大きく変わる場合がある。そのため、狙った色調の発光ダイオードを形成させることができず、歩留まりが低下するという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は上述の問題を解決するために、以下の構成を有する。
同色系が発光可能な半導体発光素子であって、それぞれ同色系の半導体発光素子を一定の波長範囲ごとに分類した複数の発光波長域のうち、主発光波長が４６１ｎｍ以上４６８ｎｍ未満の第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子と、主発光波長が４７５ｎｍ以上４８２ｎｍ以下の第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子と、を有し、前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子は、同一組成の蛍光体によって発光が吸収されこれらの発光よりも長波長の可視光が発光される同色系の半導体発光素子であり、前記第１の半導体発光素子の発光及び前記第２の半導体発光素子の発光の両方を吸収しこれらの発光よりも長波長の可視光を発光する前記蛍光体が含有された蛍光体含有樹脂が充填されて前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子の上面及び側面が連続して前記蛍光体含有樹脂に覆われており、前記第１の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子と、前記蛍光体と、による混色光を発光することを特徴とする発光装置。
同色系の半導体発光素子を一定の発光波長領域範囲ごとに、第１の発光波長域と、該第１の発光波長域よりも長波長側である第３の発光波長域と、該第３の発光波長域よりも長波長側である第２の発光波長域とに分類する工程と、主発光波長が前記第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子と、主発光波長が前記第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子と、を選択する工程と、前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子は、同一組成の蛍光体によって発光が吸収されこれらの発光よりも長波長の可視光が発光される同色系の半導体発光素子であり、前記第１の半導体発光素子の発光及び前記第２の半導体発光素子の発光の両方を吸収しこれらの発光よりも長波長の可視光を発光する前記蛍光体が含有された蛍光体含有樹脂を充填して前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子の上面及び側面を連続して前記蛍光体含有樹脂で覆う工程と、を有し、前記第１の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子と、前記蛍光体と、による混色光を発光する発光装置の製造方法。
また、本願発明の別の形態として、以下の構成を有する。
可視光が発光可能な半導体発光素子(101、111、201、211、301、3111、401、411)と、半導体発光素子からの発光を吸収しこの発光よりも長波長の可視光を発光する蛍光体とを有する発光装置であって、半導体発光素子は少なくとも同色系が発光可能な半導体発光素子(101、111、201、211、301、311、401、411)を２個以上有すると共に、半導体発光素子はそれぞれ同色系の半導体発光素子を一定の波長範囲ごとに分類した複数の発光波長域のうち、主発光波長（主波長とも呼ぶ。）が第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子(101、201、301、401)と、第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子(111、211、311、411)を用いた発光装置である。
【０００９】
これによって、１チップの発光素子で発光させた発光装置と比較させた場合、同じ出力にさせるには一個当たりの半導体発光素子から放出される光の出力を抑制し、一チップで発光させた場合よりも光の密度を少なくし、ひいてはモールド樹脂の劣化等を抑制することができる。選択された半導体発光素子を利用して組み合わせて発光装置を形成させているため、輝度むらや色調むらの少ない極めて均一な発光装置を量産性よく形成させることができる。
【００１０】
また、本発明の別の形態の発光装置の製造方法は、可視光が発光可能な半導体発光素子と、半導体発光素子からの発光を吸収しこの発光よりも長波長の可視光を発光する蛍光体とを有する発光装置の製造方法である。特に、同色系の半導体発光素子を一定の発光波長領域範囲ごとに複数の発光波長域に分類する工程と、分類された主発光波長が第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子を選択する工程と、第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子を選択する工程と、少なくとも前記第１の半導体発光素子と前記第２の半導体発光素子を用いる。これによって、比較的簡単に発光輝度及び色調の揃った発光ダイオードなどを歩留まりよく形成させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、種々の実験の結果、蛍光体を利用した発光ダイオードなどにおいて、特定の関係を有する半導体発光素子を２個以上利用することによって、発光輝度、色調むらや輝度劣化などのない発光装置とできることを見出し本願発明を成すに至った。
【００１２】
即ち、蛍光体の特性バラツキは、半導体発光素子の特性バラツキに比べて少ない。そのため、蛍光体から放出される発光スペクトルなどの変動は、半導体発光素子に比べて小さい。本発明はバラツキの多い同色系のＬＥＤチップなどを一定の発光波長ごとに複数分類し所望の発光波長域を挟んで両端域にあるＬＥＤ群から選択されたＬＥＤを組み合わせて混色発光させる。これにより各ＬＥＤチップ自体に製造上生ずるバラツキをキャンセルし比較的均一な主発光波長を有する発光ダイオードなどを歩留まり良く形成することができるものである。
【００１３】
特に蛍光体の発光波長にバラツキは少ないものの、蛍光体の励起スペクトルと発光素子の発光スペクトルとの重なり程度によっては、蛍光体からの発光輝度が変動する場合がある。そのため、発光素子と蛍光体との混色を利用する場合は、単に発光素子同士のバラツキだけでは済まない場合もある。したがって、各半導体発光素子をそれぞれ独立に駆動させると、各半導体発光素子の発光出力や点灯時間を各々独立に制御することによって、より詳細に色調を補正することもできる。
【００１４】
具体的一例としては、ＳｉＣ基板上に窒化ガリウムを形成させた青色が発光可能な半導体発光素子として主発光波長が４６１ｎｍから４８２ｎｍ内にあるものを利用する。ＬＥＤチップの主発光波長を７ｎｍの範囲ごとに３段階に分類する。第１の分類を主発光波長が４６１ｎｍ以上４６８ｎｍ未満の発光波長域内にあるＬＥＤチップ群Ａに設定する。第２の分類を主発光波長が４６８ｎｍ以上４７５ｎｍ未満の発光波長域内にあるＬＥＤチップ群Ｃに分類する。第３の分類を主発光波長が４７５ｎｍ以上４８２ｎｍ以下の発光波長域内にあるＬＥＤチップ群Ｂに分類する。このような分類は発光波長分別機などによって比較的簡単に分けることができる。通常、形成された各ＬＥＤチップの分布をとると正規分布をとるため、正規分布の最も数が多いところを分類Ｃとすると、分類されたＡ、Ｂ、Ｃの各ＬＥＤチップ群のうちＬＥＤチップ群Ｃから選択されたＬＥＤチップは、ＬＥＤチップ群Ｃから選択されたＬＥＤチップ同士を２個用いて発光ダイオードを形成することにより量産性が向上する。
【００１５】
即ち、図２で示す如くリード電極（206）を構成するマウントリード(206)先端のカップ内にＬＥＤチップ群Ｃから選択されたＬＥＤチップ(201、211)をＡｇペースト（204）などによってダイボンドする。マウントリードのカップ内にはＬＥＤチップ群Ｃからそれぞれ選択された２個のＬＥＤチップが配置される。マウントリードと対向する２つのインナーリード(207、208)と各ＬＥＤチップの他方の電極とそれぞれ金線(203、213)などによりワイヤーボンディングしてある。なお、図１の如く、各ＬＥＤチップ（101、111）は並列接続させてもよいし、pn極性の異なる（例えば、一方のＬＥＤチップの基板はｎ型導電性を示し、他方のＬＥＤチップの基板はｐ型導電性を示す。）ＬＥＤチップを用いて直列接続させてもよい。図２では各ＬＥＤチップ（201、2111）を独立に駆動できるように２つのインナーリード（207、208）とＬＥＤチップとをそれぞれ電気的に独立に接続させてある。
【００１６】
次に、エポキシ樹脂中にＬＥＤチップからの青色光を吸収して、補色となる黄色の蛍光を放出する蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅなどを含有させたもの（202）を各リード電極と電気的に接続させたＬＥＤチップ上に配置させる。なお、このエポキシ樹脂には光拡散作用やチキソトロピー性を持たすために酸化珪素などを含有させてもよい。色調を調整させるために着色材を含有させてもよい。また、蛍光体はＹの一部をＧｄに置換させてもよいし、Ａｌの一部をＩｎやＧａで置換させてもよい。更に、Ｃｅに加えてＴｂなどの附活剤を含有させてもよい。さらに、蛍光体含有樹脂が表面上に予めスクリーン印刷などで形成させたＬＥＤチップを用いてもよい。
【００１７】
こうして、２個の青色系が発光可能なＬＥＤチップ上にＬＥＤチップからの青色光を補色となる黄色に波長変換する蛍光体含有樹脂で被覆させたものを、エポキシ樹脂が含有されたキャスティングケース内に配置させ硬化後、取り出すことでモールド樹脂（205）が形成された本願発明の砲弾型発光ダイオードを形成させることができる。
【００１８】
また、２個のＬＥＤチップを共にＬＥＤチップ群Ｃのみから選択して発光ダイオードを形成させる代わりに、ＬＥＤチップ群Ａから１個のＬＥＤチップ（201）と、ＬＥＤチップ群Ｂから１個のＬＥＤチップ（211）とを選択し、共に用いる以外は上述と同様にして本願発明の砲弾型発光ダイオードを形成する。
図５に模式的色度図を用いて説明すると、ＬＥＤチップ群Ａから選択されたＬＥＤチップは四角印で表され、ＬＥＤチップ群Ｂから選択されたＬＥＤチップは三角印で表される。発光ダイオードからは、こられのＬＥＤチップから放出された光は擬似的にＬＥＤチップ群Ｃの黒丸印に相当し、黒丸と蛍光体から放出される光である×印の二点差線上に表される光を表現させることができる。なお、蛍光体の量などに応じてＬＥＤチップと蛍光体との間の色を調整させることができ、擬似的な白色領域を表す図中一点鎖線の楕円中に持ってくることができる。
【００１９】
いずれの発光ダイオードも発光ダイオードから放出される色調のバラツキや輝度バラツキは分類させずに形成させた発光ダイオードと比較して各段に少なくなる。また、高輝度化にもかかわらず、樹脂劣化に伴う輝度低下の少ない発光ダイオードとすることができる。
【００２０】
次に、各ＬＥＤチップに流す電流の比率をそれぞれ制御することによって人間の見た目にはそのＬＥＤチップの発光波長と輝度の比率及び蛍光体からの発光スペクトルによって、電気的にもより調整された混色光を放出させることができる。以下、本願発明に用いられる構成について詳述する。
（発光波長域）
本願発明で用いられる発光波長域とは、同色系の類似した発光波長を発光するＬＥＤなどを所望の発光波長範囲ごとに分類したものをいい、たとえば系統色名の一般的な色度区分（ＪＩＳＺ８１１０）で示された同色系となる青色領域の主発光波長を複数の発光波長範囲に分類したものをいう。この分類は互いに重ならなくともよいし、より精度を上げるために部分的に重なっていてもよい。場合によっては同色系とは青紫色、青色、青緑色の領域を含む領域を言う場合もある。したがって、所望の発光装置によって発光波長領域は種々に選択させることができる。具体的な、発光波長域として４６０ｎｍから４７５ｎｍを第１の発光波長領域、４７５ｎｍから４９０ｎｍを第２の発光波長領域などとすることができる。
【００２１】
これらの分類は所望に応じて発光波長域を狭めても良いし広めても良い。即ち、発光波長域は、使用される発光装置の用途などによって種々選択することができる。また、半導体発光素子群は、３分類に限定されるものでもなく２分類でも５分類以上とさせても良い。その場合、所望の波長をＬＥＤから放出させるためには所望とする波長域を中心として対称にある半導体発光素子群同士の混色を利用することで、所望の波長域により近づけることもできる。
【００２２】
形成された半導体発光素子は、所望の発光波長域内に収まるようにすべく半導体発光素子を複数の発光波長域ごとに分類することが好ましい。分類された半導体発光素子は、混色により所望の発光波長域内に収まるよう所望の発光波長域を中心として各発光波長域から半導体発光素子を選択してある。結果として形成された発光装置は、半導体発光素子が、混色表示された半導体発光素子の平均発光波長よりも長い主発光波長を有する半導体発光素子と、混色表示された平均発光波長よりも短い主発光波長を有する半導体発光素子で構成されることとなる。このように発光波長域ごとに半導体発光素子を選別することは、自動選別機を用いて比較的簡単に行うことができる。
【００２３】
なお、本発明では主発光波長だけを取り上げて説明したが、場合によっては発光波長域の分類だけでない。形成させた半導体発光素子はＶｆ、温度特性、など様々な特性に分布を持っている。このような分布を分類し、分類されたものから選択して取り出し、再び組み合わせることで特性の安定した半導体発光素子とすることもできる。即ち、ＬＤやＬＥＤなどの半導体発光素子は少なくとも同色系が発光可能な半導体発光素子を２個以上有すると共に、半導体発光素子はそれぞれ同色系の半導体発光素子を一定の駆動電圧及び／又は駆動電流範囲ごとに分類した複数の領域のうち、駆動電圧及び／又は駆動電流が第１の領域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子と、前記第１の発光波長域よりも駆動電圧及び／又は駆動電流が高い或いは低い第２の領域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子とすることもできる。
【００２４】
なお、本願発明の可視光とは主発光波長が約３８０ｎｍから約６８０ｎｍにあるものがよい。本発明で好ましく利用される半導体発光素子から放出される可視光とは約３８０ｎｍから５３０ｎｍであり、より好ましくは４００ｎｍから５００ｎｍである。半導体発光素子から放出されるさらに好ましい可視光とは４１０ｎｍから４９０ｎｍである。
（半導体発光素子101、111、201、211、301、311、401、411）
本願発明に用いられる半導体発光素子は、種々の半導体を用いたＬＥＤチップ、ＬＤなどが挙げられる。具体的な半導体発光素子としては、液相成長法、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハライド気相成長法（ＨＤＶＰＥ）や分子線気相成長法（ＭＢＥ）等によりサファイア、スピネル、ＳｉＣやＧａＮなどからなる基体上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させた発光素子が好適に用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、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。
【００２５】
さらに、量子効果を持たすために単一量子井戸構造や、井戸層と井戸層よりもバンドギャップの大きい障壁層を井戸＋障壁＋・・・＋障壁＋井戸或いはその逆として形成させた多重量子井戸構造としても良い。特に窒化物系化合物半導体における多重量子井戸構造では、井戸層は７０オングストローム以下、障壁層は１５０オングストローム以下の厚さにすることが好ましい。一方、単一量子井戸構造では７０オングストローム以下の厚さに調整することが好ましい。これにより発光出力の高い発光素子とすることができる。上記各半導体層が形成された半導体ウエハーは、各導電型の半導体層をエッチングなどにより露出させるなどした後、スパッタリング法や真空蒸着法などにより各電極を形成する。電極が形成された半導体ウエハーを所望にカットすることなどによりＬＥＤチップを形成させることができる。
【００２６】
なお、蛍光体は吸収スペクトルよりも発光スペクトルの方が長波長であることによって効率よく発光することができるため、半導体発光素子から放出される可視光は蛍光体よりも短波長であることが好ましい。そのため、比較的短波長が高輝度に発光可能な半導体材料として窒化物半導体（Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮ、但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を挙げることができる。また、比較的簡単な構成で本願発明の発光装置を構成させるためにはＩｎを含有する窒化物半導体からなる発光層を持つことが好ましい。したがって、本発明に用いられる半導体発光素子の具体的構成として、サファイア基板上にｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層、ｐ型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層を有し、ｎ型導電性を有するコンタクト層と、ｐ型導電性を有するクラッド層との間に単一量子井戸構造とされるノンドープＩｎＧａＮの活性層がある構成の発光素子（なお、サファイア基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層を設けてある）などが挙げられる。
【００２７】
このような半導体発光層を持つＬＥＤチップなどをモールド樹脂などで被覆させる場合、一方の電極となるとなるマウント・リードのカップ内にエポキシ樹脂などによりダイボンドさせる。次に、ＬＥＤチップの各電極を金、アルミニウム線などの導電性ワイヤー或いは、銀やＩＴＯなどを含有する樹脂などからなる導電性ペーストによってマウント・リードやインナー・リードと電気的に接続させる。電気的導通を取った後、蛍光体含有の樹脂やガラスでＬＥＤチップを覆う。その後、エポキシ樹脂や低融点ガラスなどにより所望の形状にモールド部材で被覆して発光装置を形成させることができる。本発明においては特に、ＬＥＤチップを２個以上配置させるとともにそれぞれのＬＥＤチップを特定の関係とさせてある。なお、基板上にＬＥＤチップを導電性ペーストなどで固着させると共に電気的接続を取った後モールド部材で被覆させ発光装置を形成させても良い。
【００２８】
本発明では通常１つの発光素子で得ようとする発光輝度よりも、２個以上利用することによって１つ当たりの発光輝度を低下させることができる。これは、ＬＥＤチップ自体の大きさを小さくさせたり、ＬＥＤチップに流す電流や駆動時間を短くすることにより行うことができる。この結果、高出力化のためにダブルヘテロ構造などの層構成をとる場合、ＬＥＤチップからの出力が向上するにつれてＬＥＤチップの端面などＬＥＤチップ近傍の樹脂などが急激に劣化するという問題を比較的簡単に解決することができる。同様に、劣化を抑制しつつより高輝度が発光可能な発光装置とすることができる。
（色変換部材102、202、302、402）
本願発明の発光装置に用いられる色変換部材とは、蛍光体（有機、無機の蛍光染料や蛍光顔料を含む）或いは、樹脂や硝子中にこれらの蛍光体を固着させたものなどが挙げられる。蛍光体は、半導体発光素子から発光された可視光で励起されて発光する蛍光体である。具体的なフォトルミネセンス蛍光体として、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例である（ＲＥ_1-xＳｍ_x）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅのフォトルミネセンス蛍光体（但し、０≦ｘ＜１、ＲＥは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種である。なお、Ａｌの一部をＧａやＩｎで置換させてもよい。また、Ｃｅに加えてＴｂなどの付活剤を別途加えてもよい。）、ペリレン系誘導体、銅及びアルミニウム付活の硫化亜鉛やＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ-Ａｌ₂Ｏ₃-ＳｉＯ₂蛍光体が好適に挙げられる。
【００２９】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｃｅ及びＡｌ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、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００３０】
同様に、本発明に用いられる他の具体的蛍光体であるＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ-Ａｌ₂Ｏ₃-ＳｉＯ₂蛍光体は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、窒化珪素及び酸化カルシウムなどの原料に希土類原料を所定比に混合した粉末を窒素雰囲気下において１３００℃から１９００℃（より好ましくは１５００℃から１７５０℃）において溶融し成形させる。成形品をボールミルして洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して蛍光体を形成させることができる。これにより４５０ｎｍにピークをもった励起スペクトルと約６５０ｎｍにピークがある青色光により赤色発光が発光可能なＥｕ及び／又はＣｒで付活されたＣａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子とすることができる。
【００３１】
なお、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活されたＣａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子の窒素含有量を増減することによって発光スペクトルのピークを５７５ｎｍから６９０ｎｍに連続的にシフトすることができる。同様に、励起スペクトルも連続的にシフトさせることができる。そのため、本発明によって選択された半導体発光素子からの光と、約５８０ｎｍの蛍光体の光の合成光により白色系を発光させることができる。
【００３２】
また、上述のＣｅで付活されたＹＡＧ系蛍光体とＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ-Ｏ-Ｎ系オキシナイトライド蛍光硝子とを組み合わせることにより本発明によって選択された青色系が発光可能な半導体発光素子を利用してＲＧＢ（赤色、緑色、青色）成分を高輝度に含む極めて演色性の高い白色系が発光可能な発光ダイオードを形成させることもできる。このため、所望の顔料を添加するだけで任意の中間色も極めて簡単に形成させることができる。
（モールド部材105、205）
モールド部材105、205は、各ＬＥＤチップ101、111、201、201やその電気的接続のための金属ワイヤー103、203、213等を外部力や水分などから保護するために設けられることが好ましい。モールド部材には、着色剤と共に樹脂モールドに拡散剤を含有させることができる。これによってＬＥＤチップからの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。更に、モールド部材を所望の形状にすることによってＬＥＤチップが発光した光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従って、モールド部材は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状やそれらを複数組み合わせたものや、発光観測面側から見て猫目形状などが挙げられる。上記モールド部材の材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂や低融点ガラスなどの耐候性に優れた透光性部材が好適に用いられる。また、拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。
【００３３】
着色剤としては、モールド部材に含有されＬＥＤチップが発光した光のうち所望外の波長をカットして発光特性を向上させるフィルター効果を持たせるためのものである。したがって、ＬＥＤや蛍光体の発光色に応じて或いは、発光装置から取り出したい所望の色であるピンクや水色などの中間色を得るために染料及び顔料が種々選択される。また、着色剤は、所望に応じてモールド部材中に種々の割合で分散させて形成させても良い。すなわち、ＬＥＤチップに近づくにつれ含有濃度を増やしたり或いは減少させたり種々選択することができる。
【００３４】
また、ＬＥＤチップからの光を変換させる蛍光体をモールド部材中にも含有させても良い。着色剤、拡散剤や蛍光体のモールド部材中への混入はモールド部材の原材料中に着色剤などを混合攪拌などさせたのち、砲弾状など所望のモールド部材の形状に形成できる型にＬＥＤチップなどと共に入れ熱硬化などさせることによって形成することができる。
【００３５】
蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、蛍光体の平均粒径や中心粒径、粒度分布、各種組成比、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。フォトルミネセンス蛍光体の分布は、フォトルミネセンス蛍光体を含有する部材、形成温度、粘度やフォトルミネセンス蛍光体の形状、粒度分布などを調整させることによって種々形成させることができる。したがって、使用条件などにより蛍光体の分布濃度を、種々選択することができる。
（リード電極106、107、206、207、208、306、307）
リード電極は各半導体発光素子に電力を供給させるためのものであり、半導体発光素子であるＬＥＤチップなどをその上にダイボンドさせてもよいし、電気的に接続させる機能を持たせるだけでもよい。ＬＥＤチップをリード電極上に配置させる場合は、光を有効に利用させるためにリード電極の一部を利用して凹部を形成させ、内部に配置させてもよい。
【００３６】
ＬＥＤチップにリード電極上にＬＥＤチップが配置されるカップ等を有するものは、マウント・リードとして利用される。カップの大きさは、各ＬＥＤチップをダイボンド等の機器で積載するのに十分な大きさがあり、モールド部材による光の集光率に合わせて種々のものが用いられる。本願発明においては、混色補正させるＬＥＤチップを３個以上カップに配置しても良い。したがって、ＬＥＤチップは、例えば同色系で本願発明によって選択された異なる波長を発光する青色を２個、赤色が発光可能な発光素子を１個使用することもできる。これにより、紅白やピンクが発光可能な発光装置とすることもできる。カップは、ＬＥＤチップと直接電気的に導通させ電極として利用しても良い。また、ＬＥＤチップを絶縁体を介してカップと固定させ非導電性とさせても良い。マウント・リードを各ＬＥＤチップの電極として利用する場合においては十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接続性が求められる。
【００３７】
各ＬＥＤチップとカップとの接続は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、ＬＥＤチップとカップを接着させると共に電気的に接続させるためにはＡｇ、Ｃｕ、カーボンやＩＴＯなどの導電性部材を含有させた導電性ペーストや金属バンプ等を用いることができる。
【００３８】
マウントリードの一対のリード電極を構成する他方の電極として、インナーリードがある。インナーリードとしては、電気的接続部材であるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が求められる。このような、リード電極の具体的材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅等が好適に挙げられる。
（導電性ワイヤー103、203、213、303）
導電性ワイヤーは、各ＬＥＤチップの電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上である。具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等及びそれらの合金を用いたボンディングワイヤーが好適に挙げられる。作業性を考慮してアルミニウム線あるいは金線がより好ましい。（その他の発光装置）
本発明に係る発光装置として面状発光光源の一例を図４に示す。
【００３９】
図４に示す面状発光光源400では、色変換部材402である蛍光体含有シート状樹脂を導光板404状に配置させる。導光板は、光放出面となる主面及び光導入部となるＬＥＤ光接合面を除いて反射部材405で覆われている。ＬＥＤチップ401、411を透光性樹脂412で被覆してある発光ダイオード403を光導入部に配置させてある。なお、発光ダイオードは導光板の端面に或いは底面に配置させることによっても面状発光光源とすることができる。
【００４０】
ＬＥＤチップからの青色光は、導光板によって混色され略均一な色になった後、樹脂に含有された蛍光体によって部分的に黄色に変換されると共に変換されなかった光が青色光として取り出すことができる。蛍光体からの黄色光と、ＬＥＤチップからの青色光が面状に取り出すことができる。なお、色変換部材402を導光板404上に配置させたが、透光性部材412中に蛍光体を含有させＬＥＤチップ401、411からの光及び蛍光体からの混色光を導光板404内に導入されることにより白色光として面状に取り出すこともできる。
【００４１】
詳細に説明すると、図４の面状発光光源の断面において、半導体発光素子401、411は、絶縁層及び導電性パターン（図示せず）が形成されたコの字形状の樹脂パッケージ403内に固定される。発光素子の電極と導電性パターンとを導通させた後、蛍光体をエポキシ樹脂と混合して発光素子が積載されたコの字型の樹脂パッケージ内に充填等する。本発明では２個の半導体発光素子を配置させてある（図示せず）。こうして固定された発光素子は、アクリル性の導光板の一方の端面にエポキシ樹脂などで固定される。導光板の他方の主表面（裏面側）全面及びや発光素子が配置されていない他方の端面上にも反射部材を設け発光効率を向上させるように構成する。
【００４２】
こうして例えば、ＬＣＤのバックライト用として十分な明るさを有する面状発光の発光装置を構成することができる。なお、ここでは、蛍光体含有樹脂を直接ＬＥＤチップ上に配置させたが、ＬＥＤチップをダイボンドさせるダイボンド樹脂中に蛍光体を含有させてもよいし、導光板404と発光ダイオードとの間に蛍光体含有樹脂をシート状にさせたフィルム（不示図）を配置させてもよい。以下、本願発明の具体的実施例について説明するが、本願発明はこれのみに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）青色が発光可能なＬＥＤチップとしてサファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ法を用いて半導体発光素子を形成させる。半導体発光素子であるＬＥＤチップはサファイア基板上に、低温で成膜させたＧａＮ、ノンドープのｎ型ＧａＮ、コンタクト層となるＳｉドープされたｎ型ＧａＮ、ノンドープのｎ型ＧａＮ、ＧａＮとＩｎＧａＮを複数積層させた多重量子井戸構造となる発光層、クラッド層となるＭｇをドープさせたｐ型ＡｌＧａＮとＧａＮの超格子層、コンタクト層となるＭｇをドープさせたｐ型ＧａＮを形成させた後、エッチングにより各コンタクト層を露出後スパッタリング法にて電極を形成し、主として４７０ｎｍの発光波長を有するＬＥＤチップを形成させる。
【００４４】
形成された半導体発光素子が発光スペクトルにおいて概ね正規分布をとる場合、主として最も数の多い発光スペクトルを境として第１の発光波長域と、第２の発光波長域に分けてある。具体的には発光波長分別機を用いて、発光波長域を４６１ｎｍから４７０ｎｍを第１の発光波長域と、４７１ｎｍから４８０ｎｍを第２の発光波長域として同色系の発光波長ごとに分類する。
【００４５】
あらかじめ分別させた第１の発光波長域から第１のＬＥＤチップ301を選択させてパッケージ305開口部の底面上にエポキシ樹脂によってダイボンドさせる。同様に、あらかじめ分別させた第２の発光波長域から第２のＬＥＤチップ311を選択させてパッケージ305開口部の底面上にエポキシ樹脂によってダイボンドさせる。各ＬＥＤチップ301、311の電極とリード電極306、307、308とを金線303によってワイヤーボンディングさせた後、（Ｙ・Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ含有のエポキシ樹脂302をパッケージ305の凹部内に注入して硬化させる。こうして形成させた図３の如きＳＭＤ型発光ダイオード300となる発光装置は、一つのＬＥＤチップを用いて同様に形成した発光装置と比較して一個当たりのＬＥＤチップから放出される光密度が低く樹脂劣化にともなう輝度低下が極めて少ない。また、量産された発光装置間の色調及び輝度バラツキが極めて少なく色調による不良が激減し、歩留まりが大幅に向上することにより量産性に優れた発光装置とすることができる。
（実施例２）
実施例１で形成させたＳＭＤ型発光ダイオードの各ＬＥＤチップを個別に駆動できるようにリード電極をそれぞれ別々に金線にて接続させた以外は実施例１と同様にして形成させる。形成させたＳＭＤ型発光ダイオードの各ＬＥＤチップに流す振幅値となる電流値及び／又はパルス幅となる点灯時間の比をそれぞれ制御回路によって調整することによって複数のＳＭＤ型発光ダイオードの色調及び輝度バラツキをより少なく制御することができる。なお、このような投入電流などの制御を制御回路だけでなく、ＳＭＤ型発光ダイオードに予め抵抗を設けるなどして調整することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本願発明の請求項１の構成とすることにより、半導体発光素子の発光波長ズレに伴う色むらや輝度むらを補正しつつ歩留まりの高い表示装置を提供することができる。
【００４７】
本願発明の請求項２の構成とすることにより、半導体発光素子の発光波長ズレに伴う色むらや輝度むらを補正しつつ歩留まりの高い表示装置の量産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に用いられる砲弾型発光ダイオードの模式的断面図である。
【図２】本願発明に用いられる別の砲弾型発光ダイオードの模式的断面図である。
【図３】本願発明に用いられるＳＭＤ型発光ダイオードの模式的断面図である。
【図４】本願発明に用いられる面状光源の模式的断面図である。
【図５】本願発明の原理を説明する模式的説明図である。
【符号の説明】
１０１…主発光波長が第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子
１０２…色変換部材
１０３…金属ワイヤー
１０４…導電性ペースト
１０５…モールド部材
１０６…インナーリード
１０７…マウントリード
１１１…第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子
２０１…主発光波長が第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子
２０２…色変換部材
２０３…導電性ワイヤー
２０４…導電性ペースト
２０５…モールド部材
２０６…マウントリード
２０７…インナーリード
２０８…インナーリード
２１１…第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子
２１３…導電性ワイヤー
３００…ＳＭＤ型発光ダイオード
３０１…主発光波長が第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子
３０２…色変換部材
３０３…導電性ワイヤー
３０５…パッケージ
３０６…リード電極
３０７…リード電極
３０８…リード電極
３１１…第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子
４０１…主発光波長が第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子
４０２…色変換部材
４０３…発光ダイオード
４０４…導光板
４０５…反射部材
４０７…ＬＥＤチップが点状に発光する蛍現象を抑制する反射部材
４１１…第１の発光波長域よりも主発光波長が長波長側にある第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子
４１２…ＬＥＤチップを保護する透光性部材

Claims

同色系が発光可能な半導体発光素子であって、それぞれ同色系の半導体発光素子を一定の波長範囲ごとに分類した複数の発光波長域のうち、主発光波長が４６１ｎｍ以上４６８ｎｍ未満の第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子と、主発光波長が４７５ｎｍ以上４８２ｎｍ以下の第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子と、を有し、
前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子は、同一組成の蛍光体によって発光が吸収されこれらの発光よりも長波長の可視光が発光される同色系の半導体発光素子であり、前記第１の半導体発光素子の発光及び前記第２の半導体発光素子の発光の両方を吸収しこれらの発光よりも長波長の可視光を発光する前記蛍光体が含有された蛍光体含有樹脂が充填されて前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子の上面及び側面が連続して前記蛍光体含有樹脂に覆われており、前記第１の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子と、前記蛍光体と、による混色光を発光することを特徴とする発光装置。
同色系の半導体発光素子を一定の発光波長領域範囲ごとに、第１の発光波長域と、該第１の発光波長域よりも長波長側である第３の発光波長域と、該第３の発光波長域よりも長波長側である第２の発光波長域とに分類する工程と、
主発光波長が前記第１の発光波長域内である半導体発光素子群から選択された第１の半導体発光素子と、主発光波長が前記第２の発光波長域内の半導体発光素子群から選択された第２の半導体発光素子と、を選択する工程と、
前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子は、同一組成の蛍光体によって発光が吸収されこれらの発光よりも長波長の可視光が発光される同色系の半導体発光素子であり、前記第１の半導体発光素子の発光及び前記第２の半導体発光素子の発光の両方を吸収しこれらの発光よりも長波長の可視光を発光する前記蛍光体が含有された蛍光体含有樹脂を充填して前記第１の半導体発光素子及び前記第２の半導体発光素子の上面及び側面を連続して前記蛍光体含有樹脂で覆う工程と、を有し、前記第１の半導体発光素子と、前記第２の半導体発光素子と、前記蛍光体と、による混色光を発光する発光装置の製造方法。