JP2002208740A

JP2002208740A - 発光ダイオードおよびその形成方法

Info

Publication number: JP2002208740A
Application number: JP2001381603A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Shimizu; 義則清水
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2002-07-26
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JP3835276B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ＬＥＤチップからの発光を変換して
発光させる粒子状蛍光物質を有し全方位における色調む
らを低減させた発光ダイオード及びその形成方法に関す
る。【解決手段】本発明は、支持体上に配置されたＬＥＤチ
ップと、ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸
収し波長変換して発光する粒子状蛍光物質と、を有する
発光ダイオードである。特に、ＬＥＤチップ上に配置さ
れる粒子状蛍光物質を有するコーティング部の厚みと、
ＬＥＤチップ上以外の支持体上に配置された粒子状蛍光
物質を有するコーティング部の厚みと、が略等しい発光
ダイオードである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＥＤディスプレイ、
バックライト光源、信号機、照光式スイッチ、各種セン
サー及び各種インジケータなどに利用される発光装置に
係わり、特に発光素子からの発光を波長変換して発光可
能な蛍光体を有する発光ダイオードにおいて、発光方
位、色調ムラ及び量産性を改善した発光ダイオード及び
その形成方法に関する。

【０００２】

【従来技術】発光装置である発光ダイオード（以下、Ｌ
ＥＤとも呼ぶ。）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発
光をする。また、半導体素子であるため球切れなどの心
配がない。駆動特性に優れ、振動やON／OFF点灯の繰り
返しに強いという特徴を有する。そのため各種インジケ
ータや種々の光源として利用されている。しかしなが
ら、ＬＥＤは優れた単色性ピーク波長を有するが故に白
色系などの発光波長を発光することができない。

【０００３】そこで、本出願人は、青色発光ダイオード
と蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色変
換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとし
て、特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３
４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発し
た。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤ
チップを用いて白色系や青色ＬＥＤチップを用いた緑色
など他の発光色を発光させることができる。

【０００４】具体的には、青色系が発光可能なＬＥＤチ
ップなどをリードフレームの先端に設けられたカップ上
などに配置する。ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップが設け
られたメタルステムやメタルポストとそれぞれ電気的に
接続させる。そして、ＬＥＤチップを被覆する樹脂モー
ルド部材中などにＬＥＤチップからの光を吸収し波長変
換する蛍光物質を含有させて形成させてある。青色系の
発光ダイオードと、その発光を吸収し黄色系を発光する
蛍光物質などとを選択することにより、混色を利用して
白色系を発光させることができる。これは、十分な輝度
を発光する白色系発光ダイオードとして利用することが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この発光ダイ
オードは、所望通りの色に形成されにくい傾向にある。
発光ダイオードを量産させた場合において、各発光ダイ
オードがそれぞれ所望の色度範囲に形成させることが難
しく歩留まりが低下する傾向にある。また、発光ダイオ
ードの発光観測面において僅かながら色むらを生じると
いう問題がある。

【０００６】具体的には、発光観測面側から見て発光素
子であるＬＥＤチップが配置された中心部が青色ぽく、
その周囲方向にリング状に黄、緑や赤色ぽい部分が見ら
れる場合がある。人間の色調感覚は、白色において特に
敏感である。そのため、わずかな色調差でも赤ぽい白、
緑色ぽい白、黄色っぽい白等と感じる。

【０００７】このような発光観測面を直視することによ
って生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでなく
表示装置に利用したときの表示面における色むらや、光
センサーなど精密機器における誤差を生ずることにもな
る。さらに、より厳しい条件として高輝度長時間の使用
においては発光ダイオードの輝度が低下する傾向があ
る。本発明は上記問題点を解決し発光観測面における色
調むらや発光ダイオードごとのバラツキが極めて少な
く、量産性の良い発光ダイオードを形成させることにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持体上に配
置されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの発光の少
なくとも一部を吸収し波長変換して発光する粒子状蛍光
体と、を有する発光ダイオードである。特に、本発明で
は、ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体を有する
コーティング部の厚みと、ＬＥＤチップ上以外の支持体
上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング部の
厚みと、が略等しい発光ダイオードである。

【０００９】また、請求項２に記載の本発明の発光ダイ
オードは、コーティング部が粒子状蛍光体と共に少なく
ともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカ
リ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物からなる
発光ダイオードである。

【００１０】請求項３に記載の本発明の発光ダイオード
は、ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であ
り、且つ粒子状蛍光体がセリウムで付活されたイットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。

【００１１】請求項４に記載の本発明の発光ダイオード
は、ＬＥＤチップの主発光ピークが４００ｎｍから５３
０ｎｍであり、且つ粒子状蛍光体の主発光波長がＬＥＤ
チップの主発光ピークよりも長い発光ダイオードであ
る。

【００１２】請求項５に記載の本発明の発光ダイオード
は、ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体であ
り、且つ粒子状蛍光体が（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧ
ａy）5Ｏ12：Ｃｅである。（ただし、０≦ｘ＜１、０≦
ｙ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なく
とも一種の元素である。）請求項６に記載の本発明の形
成方法は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの発光の
少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体
と、を有する発光ダイオードの形成方法である。特に、
気相又は液相中に分散させた粒子状蛍光体の沈降によ
り、ＬＥＤチップ上に粒子状蛍光体を含むコーティング
部を形成させる発光ダイオードの形成方法である。

【００１３】

【作用】本発明は、粒子状蛍光体が含有されたコーティ
ング部の厚みがＬＥＤチップ上及びＬＥＤチップが配置
された基体上の何れにおいても略等しい。ＬＥＤチップ
から放出された光の光路長差が比較的等しく均一な発光
特性を得ることができる。また、発光面における色むら
や発光ダイオードごとのバラツキのきわめて少なくする
ことができる。さらに、複数のＬＥＤチップが配置され
たパッケージ上に粒子状蛍光体を沈降堆積させることに
より、一度に大量の発光ダイオードを量産性良く形成さ
せることができる。ＬＥＤ上に配置される粒子状蛍光体
の量がきわめて少量であっても粒子状蛍光体の量（コー
ティング部の厚み）を均等に制御させることができる。
そのため、よりバラツキの少ない発光ダイオードを形成
させることができる。

【００１４】コーティング部がＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔ
ｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類元素の１種又は２種
以上を有する酸化物である無機物で粒子状蛍光体をバイ
ンドする。これによりＬＥＤチップからの比較的高いエ
ネルギー光を高密度に照射した場合でもコーティング部
が着色劣化することがなくなる。そのため、長時間高輝
度に発光させても輝度が低下することがない発光ダイオ
ードとすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、Ｌ
ＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体と、それ以外の
支持体上に配置された粒子状蛍光体とを略均等に配分さ
せることによって発光観測面における色調むらや発光装
置ごとのバラツキを改善できることを見出し本発明を成
すに到った。

【００１６】発光観測面における色調むらや発光ダイオ
ードごとのバラツキは、コーティング部形成時にコーテ
ィング部中に含まれる粒子状蛍光体の平面分布における
傾きが生ずることにより生ずると考えられる。即ち、コ
ーティング部は粒子状蛍光体を含有させた樹脂を先の細
いノズルの如き管から吐出させることによって所望のカ
ップ上に配置させることができる。

【００１７】しかし、バインダー中に含有された粒子状
蛍光体をＬＥＤチップ上に等量均一且つ、高速に塗布さ
せることは極めて難しい。また、バインダーの粘度やコ
ーティング部と接するパッケージ表面などとの表面張力
により、最終的に形成されるコーティング部の形状が一
定しない。コーティング部の厚み（粒子状蛍光体の量）
が部分的に異なり、ＬＥＤチップからの光量、粒子状蛍
光体からの光量が部分的に異なる。

【００１８】そのため発光観測面上において部分的にＬ
ＥＤチップからの発光色が強くなったり、蛍光体からの
発光色が強くなり色調むらが生ずる。また、各発光ダイ
オードごとのバラツキが生ずると考えられる。本発明で
は、ＬＥＤチップ上とそれ以外に形成される粒子状蛍光
体が均一に配置させることにより、色調むらや指向性な
どを改善させることができるものである。以下、本発明
の構成部材について詳述する。

【００１９】（コーティング部１１１、１１２）本発明
に用いられるコーティング部１１１、１１２とは、モー
ルド部材とは別にマウント・リードのカップ内やパッケ
ージの開口部内などに設けられるものでありＬＥＤチッ
プ１０３の発光を変換する粒子状蛍光体及び粒子状蛍光
体を結着する樹脂や硝子などである。本発明のコーティ
ング部１１１、１１２は、ＬＥＤチップ１０３上に設け
られたコーティング部１１１の厚みとＬＥＤチップ以外
の支持体上に設けられたコーティング部１１２の厚みと
が略等しい。ＬＥＤチップ１０３上に設けられたコーテ
ィング部１１１と、支持体となるパッケージの開口部表
面に設けられたコーティング部１１２との厚みは、気相
や液相中に分散させた粒子状蛍光体を静置させ沈降する
ことにより比較的簡単に略等しく形成させることができ
る。

【００２０】コーティング部では、カップなどによりＬ
ＥＤチップから放出される高エネルギー光などが反射も
されるため高密度になる。さらに、粒子状蛍光体によっ
ても反射散乱されコーティング部が高密度の高エネルギ
ー光にさらされる場合がある。そのため、発光強度が強
く高エネルギー光が発光可能な窒化物系半導体をＬＥＤ
チップとして利用した場合は、それらの高エネルギー光
に対して耐光性のあるＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、
Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上有する
酸化物を結着剤として利用することが好ましい。

【００２１】コーティング部の具体的主材料の一つとし
ては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＳｉＯ3（なお、Ｍとして
は、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒなどが挙げられ
る。）などの透光性無機部材に粒子状蛍光体を含有させ
たものが好適に用いられる。これらの透光性無機部材に
より粒子状蛍光体が結着され層状にＬＥＤチップや支持
体上に堆積される。なお、コーティング部には、粒子状
蛍光体と共に紫外線吸収剤を含有させても良い。

【００２２】このようなコーティング部１１１、１２１
は、コーティング部１１１、１２１の材料となる粒子状
蛍光体と結着剤とをよく混合させ容器２０２内に排出手
段２０１のノズルから噴出する。容器２０２内には、、
ＬＥＤチップを有するパッケージ１０５が配置されてい
る。ノズルから噴出された材料は、懸濁液として容器２
０２内にたまる。容器２０２を静置しておくと、蛍光体
粒子が沈降し容器２０２の底に蛍光体膜２０４が形成さ
れる。上澄液を排出後、乾燥装置２０５から放出される
加温エアを吹き付け乾燥させる。その後、各パッケージ
１０５を取り出すことにより粒子状蛍光体を有する発光
ダイオードとすることができる。

【００２３】（粒子状蛍光体）本発明に用いられる蛍光
体としては、少なくともＬＥＤチップ１０３の半導体発
光層から発光された光で励起されて発光する粒子状蛍光
体をいう。ＬＥＤチップ１０３が発光した光と、粒子状
蛍光体が発光した光が補色関係などにある場合、それぞ
れの光を混色させることで白色を発光することができ
る。具体的には、ＬＥＤチップ１０３からの光と、それ
によって励起され発光する粒子状蛍光体の光がそれぞれ
光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合
やＬＥＤチップ１０３が発光した青色の光と、それによ
って励起され発光する粒子状蛍光体の黄色の光が挙げら
れる。

【００２４】発光ダイオードの発光色は、粒子状蛍光体
と粒子状蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスな
どの無機部材などとの比率、粒子状蛍光体の沈降時間、
粒子状蛍光体の形状などを種々調整すること及びＬＥＤ
チップの発光波長を選択することにより電球色など任意
の白色系の色調を提供させることができる。発光ダイオ
ードの外部には、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの
光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。

【００２５】具体的な粒子状蛍光体としては、銅で付活
された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付活されたイットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられ
る。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ
1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜
１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからな
る群より選択される少なくとも一種の元素である。）な
どが好ましい。粒子状蛍光体として特に（Ｒｅ1-xＳｍ
x）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合には、
ＬＥＤチップと接する或いは近接して配置され放射照度
として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ-2以上１０Ｗ・ｃｍ-2以下
においても高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオー
ドとすることができる。

【００２６】（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ1
2：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び
水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近
などにさせることができる。また、発光ピークも５３０
ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光
スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のＡ
ｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシ
フトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、
発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化
することで発光色を連続的に調節することが可能であ
る。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続
的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用し
て白色系発光に変換するための理想条件を備えている。

【００２７】このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓ
ｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温
で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量
論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解
液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物
と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合
原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウ
ム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３
５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼
成品を得る。次に焼成品を水中でボールミルして、洗
浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで所望の粒子状蛍
光体を得ることができる。

【００２８】本発明の発光ダイオードにおいて、粒子状
蛍光体は、２種類以上の粒子状蛍光体を混合させてもよ
い。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有
量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧ
ａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分
を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光
素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため
２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色光など
を得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長
に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させ
ることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の
任意の点を発光させることができる。

【００２９】このような粒子状蛍光体は、気相や液相中
に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相
中での粒子状蛍光体は、自重によって沈降する。特に液
相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性
の高い粒子状蛍光体を持つ層を形成させることができ
る。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の粒子
状蛍光体量を形成することができる。

【００３０】（ＬＥＤチップ１０３）本発明に用いられ
るＬＥＤチップ１０３とは、粒子状蛍光体を励起可能な
ものである。発光素子であるＬＥＤチップ１０３は、Ｍ
ＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡ
ｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ｉ
ｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発
光層として形成させる。半導体の構造としては、ＭＩＳ
接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘ
テロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられ
る。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種
々選択することができる。また、半導体活性層を量子効
果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量
子井戸構造とすることもできる。好ましくは、粒子状蛍
光体を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光
可能な窒化物系化合物半導体（一般式ＩｎiＧａjＡｌk
Ｎ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝
１）である。

【００３１】窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場
合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶
性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ
基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に
半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッフ
ァー層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム
半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア
基板上にＳｉＯ2をマスクとして選択成長させたＧａＮ
単結晶自体を基板として利用することもできる。この場
合、各半導体層を形成後ＳｉＯ2をエッチング除去させ
ることによって発光素子とサファイア基板とを分離させ
ることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純
物をドープしない状態でＮ型導電性を示す。発光効率を
向上させるなど所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成さ
せる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、
Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、Ｐ型
窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパン
ドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドー
プさせる。

【００３２】窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｐ型ドー
パントをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ド
ーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプ
ラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させるこ
とが好ましい。具体的発光素子の層構成としては、窒化
ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させたバ
ッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化
ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アルミニ
ウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ及び
Ｓｉをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体で
ある活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体である
Ｐ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型コンタ
クト層が積層されたものが好適に挙げられる。ＬＥＤチ
ップ１０３を形成させるためにはサファイア基板を有す
るＬＥＤチップ１０３の場合、エッチングなどによりＰ
型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成させた後、半導
体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所
望の形状の各電極を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基
板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させること
もできる。

【００３３】次に、形成された半導体ウエハー等をダイ
ヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシン
グソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも
広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によ
って半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモ
ンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウ
エハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば
碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導
体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして
窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０３を形成
させることができる。

【００３４】本発明の発光ダイオードにおいて白色系を
発光させる場合は、粒子状蛍光体との補色等を考慮して
ＬＥＤチップ１０３の主発光波長は４００ｎｍ以上５３
０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下
がより好ましい。ＬＥＤチップ１０３と粒子状蛍光体と
の効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ
以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。

【００３５】（パッケージ１０２）パッケージ１０２
は、ＬＥＤチップ１０３を凹部内に固定保護する支持体
として働く。また、外部との電気的接続が可能な外部電
極１０４を有する。ＬＥＤチップ１０３の数や大きさに
合わせて複数の開口部を持ったパッケージ１０２とする
こともできる。また、好適には遮光機能を持たせるため
に黒や灰色などの暗色系に着色させる、或いはパッケー
ジ１０２の発光観測表面側が暗色系に着色されている。
パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部
環境から保護するためにコーティング部１１１、１１２
に加えて透光性保護体であるモールド部材１０６を設け
ることもできる。パッケージ１０２は、コーティング部
１１１、１１２やモールド部材１０６との接着性がよく
剛性の高いものが好ましい。ＬＥＤチップ１０３と外部
とを電気的に遮断させるために絶縁性を有することが望
まれる。さらに、パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１
０３などからの熱の影響をうけた場合、モールド部材１
０６との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好まし
い。

【００３６】パッケージ１０２の凹部内表面は、エンボ
ス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理して
モールド部材との密着性を向上させることもできる。パ
ッケージ１０２は、外部電極１０４と一体的に形成させ
てもよく、パッケージ１０２が複数に分かれ、はめ込み
などにより組み合わせて構成させてもよい。このような
パッケージ１０２は、インサート成形などにより比較的
簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポ
リカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（Ｐ
ＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等
の樹脂やセラミックなどを用いることができる。また、
パッケージ１０２を暗色系に着色させる着色剤としては
種々の染料や顔料が好適に用いられる。具体的には、Ｃ
ｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3やカーボンブラックなどが
好適に挙げられる。

【００３７】ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２と
の接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。
具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂
などが挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０３を配置固
定させると共にパッケージ１０２内の外部電極１０４と
電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペ
ースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いら
れる。

【００３８】（外部電極１０４）外部電極１０４は、パ
ッケージ１０２外部からの電力を内部に配置されたＬＥ
Ｄチップ１０３に供給させるために用いられるためのも
のである。そのためパッケージ１０２上に設けられた導
電性を有するパターンやリードフレームを利用したもの
など種々のものが挙げられる。また、外部電極１０４は
放熱性、電気伝導性、ＬＥＤチップ１０３の特性などを
考慮して種々の大きさに形成させることができる。外部
電極１０４は、各ＬＥＤチップ１０３を配置すると共に
ＬＥＤチップ１０３から放出された熱を外部に放熱させ
るため熱伝導性がよいことが好ましい。外部電極１０４
の具体的な電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好
ましく、より好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。ま
た、具体的な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ
2)(℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５
ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上である。

【００３９】このような外部電極１０４としては、銅や
りん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金属
メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられ
る。外部電極１０４としてリードフレームを利用した場
合は、電気伝導度、熱伝導度によって種々利用できるが
加工性の観点から板厚０．１ｍｍから２ｍｍが好まし
い。ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの支持体上な
どに設けられた外部電極１０４としては、銅箔やタング
ステン層を形成させることができる。プリント基板上に
金属箔を用いる場合は、銅箔などの厚みとして１８〜７
０μｍとすることが好ましい。また、銅箔等の上に金、
半田メッキなどを施しても良い。

【００４０】（導電性ワイヤー１０５）導電性ワイヤー
１０５としては、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミ
ック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよい
ものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／
(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましく
は０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2)(℃／ｃｍ）以上である。
また、作業性などを考慮して導電性ワイヤー１０５の直
径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下で
ある。このような導電性ワイヤー１０５として具体的に
は、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの
合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような
導電性ワイヤー１０５は、各ＬＥＤチップ１０３の電極
と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、を
ワイヤーボンディング機器によって容易に接続させるこ
とができる。

【００４１】（モールド部材１０６）モールド部材１０
６は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ
１０３、導電性ワイヤー１０５、粒子状蛍光体が含有さ
れたコーティング部１１１、１１２などを外部から保護
するために設けることができる。モールド部材１０６
は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができ
る。モールド部材１０６の具体的材料としては、主とし
てエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐
候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。
また、モールド部材に拡散剤を含有させることによって
ＬＥＤチップ１０３からの指向性を緩和させ視野角を増
やすこともできる。このような、モールド部材１０６
は、コーティング部の結着剤と同じ材料を用いても良い
し異なる材料としても良い。以下、本発明の実施例につ
いて説明するが、本発明は具体的実施例のみに限定され
るものではないことは言うまでもない。

【００４２】

【実施例】（実施例１）ＬＥＤチップとして主発光ピー
クが４６０ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を用いた。Ｌ
ＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ
（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルイン
ジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリ
アガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合
物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパン
トガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇと、を切り替えること
によってＮ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ
型導電性を有する窒化ガリウム系半導体を形成しＰＮ接
合を形成させる。半導体発光素子として、Ｎ型導電性を
有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層と、Ｐ型
導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体である
クラッド層、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体で
あるコンタクト層を形成させた。Ｎ型導電性を有するコ
ンタクト層とＰ型導電性を有するクラッド層との間に厚
さ約３ｎｍであり、単一量子井戸構造とされるノンドー
プＩｎＧａＮの活性層を形成させた。（なお、サファイ
ア基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッ
ファ層とさせてある。また、Ｐ型導電性を有する半導体
は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）エッ
チングによりサファイア基板上のＰＮ各半導体表面を露
出させた後、スパッタリングにより各電極をそれぞれ形
成させた。こうして出来上がった半導体ウエハーをスク
ライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子
として３５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。

【００４３】一方、インサート成形によりポリカーボネ
ート樹脂を用いてチップタイプＬＥＤのパッケージを形
成させた。チップタイプＬＥＤのパッケージ内は、ＬＥ
Ｄチップが配される開口部を備えている。パッケージ中
には、銀メッキした銅板を外部電極として配置させてあ
る。パッケージ内部でＬＥＤチップをエポキシ樹脂など
を用いて固定させる。導電性ワイヤーである金線をＬＥ
Ｄチップの各電極とパッケージに設けられた各外部電極
とにそれぞれワイヤーボンディングさせ電気的に接続さ
せてある。こうしてＬＥＤチップが配置されたパッケー
ジを８２８０個形成させた。各パッケージの開口部を除
く表面には、レジスト膜が形成されている。８２８０個
のＬＥＤチップが配置されたパッケージを純粋電解質が
入った容器中に配置させる。

【００４４】他方、粒子状蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの
希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で
共沈させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸
化アルミニウムと混合して混合原料を得る。これにフラ
ックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰
め、空気中１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品
を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、
乾燥、最後に篩を通して形成させた。形成された（Ｙ0.
8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体をＳｉＯ2ゾル中に
分散させる。

【００４５】次に、酢酸でｐＨを５．０に調整した後、
直ちにパッケージが配置された容器中に（Ｙ0.8Ｇｄ0.
2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体とＳｉＯ2ゾルを一挙に懸濁
注入させる（図２(A)）。静置後（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ
5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体が沈降しパッケージ上に沈降する
（図２(B)）。容器内の廃液を除しＬＥＤチップ上に粒
子状蛍光体が堆積したパッケージを１２０度に加熱した
空気で乾燥させる（図２(C)）。この後に、容器から各
発光ダイオードを取り出して発光ダイオードの非発光部
に付着した粒子状蛍光体をレジストマスクごと除去する
ことによってＬＥＤチップ上とパッケージ底面との膜厚
が共に約４０μｍと略等しいコーティング部を形成させ
ることができる。さらに、ＬＥＤチップや粒子状蛍光体
を外部応力、水分及び塵埃などから保護する目的でコー
ティング部が形成されたパッケージ開口部内にモールド
部材として透光性エポキシ樹脂を形成させた。透光性エ
ポシキ樹脂を混入後、１５０℃５時間にて硬化させた。
こうして図１の如き発光装置である発光ダイオードを形
成させた。

【００４６】得られた発光ダイオードに電力を供給させ
ることによって白色系を発光させることができる。発光
ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定し
た。色温度８０９０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．５
を示した。また、発光光率は１０．８ｌｍ／ｗであっ
た。さらに、ＣＩＥ色度図上のｘ，ｙ＝（０．３０５，
０．３１５）±０．０３で囲まれた範囲内に、約８１１
４個の各発光ダイオードが分布しており歩留まりは、約
９８％であった。

【００４７】（比較例１）エポキシ樹脂中に（Ｙ0.8Ｇ
ｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてノズルか
ら突出させコーティング部を形成させた以外は、実施例
１と同様にして発光ダイオードを形成させた。形成され
た発光ダイオードの断面は、コーティング部の端面がは
い上がっていると共に粒子状蛍光体の量が不均一であっ
た。こうして形成された発光ダイオードの色度点を実施
例１と同様に測定した。形成された発光ダイオードの色
度点は、ＬＥＤチップの主発光ピークと蛍光体の主発光
波長を結んだ線上に略位置していたが、歩留まりは約６
１％にしか過ぎなかった。

【００４８】

【発明の効果】コーティングの厚みが均一な本発明の発
光ダイオードとすることにより各方位による色度のずれ
が極めて少なく、発光観測面から見て色調ずれがない発
光ダイオードとさせることができる。また、歩留まりの
高い発光ダイオードとすることができる。

【００４９】特に、本発明の請求項１に記載の構成とす
ることにより高輝度、長時間の使用においても色ずれ、
発光光率の低下が極めて少ない発光ダイオードとするこ
とができる。

【００５０】本発明の請求項２の構成とすることによ
り、より耐光性及び発光効率の高い発光ダイオードとす
ることができる。

【００５１】本発明の請求項３の構成とすることによ
り、高輝度、長時間の使用においてもより輝度の低下や
色ずれが少なく白色系が発光可能な発光ダイオードとす
ることができる。

【００５２】本発明の請求項４の構成とすることによ
り、白色発光可能でより発光効率の高い発光ダイオード
とすることができる。

【００５３】本発明の請求項５の構成とすることによ
り、高輝度、長時間の使用においてもより輝度の低下や
色ずれが少なく白色系が発光可能な発光ダイオードとす
ることができる。

【００５４】本発明の請求項６の方法とすることによ
り、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発光ダ
イオードを歩留まりよく形成させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の発光装置であるチップタイプ
ＬＥＤの模式的断面図である。

【図２】図２は、本発明の発光ダイオードを形成させる
形成装置を示した模式図である。

【符号の説明】

１１１・・ＬＥＤチップ上のコーティング部１１２・・・支持体上のコーティング部１０２・・・パッケージ１０３・・・ＬＥＤチップ１０４・・・外部電極１０５・・・導電性ワイヤー１０６・・・モールド部材２０１・・・コーティング部の材料を噴出させる排出手
段２０２・・・容器２０３・・・ノズルから噴出されたコーティング部の材
料２０４・・・蛍光体膜２０５・・・加温エアを吹き付けれる乾燥装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月１２日（２００２．２．１
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】発光ダイオードおよびその形成方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００５】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持体上に配
置されたＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光の
少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する粒子状蛍
光体と、を有する発光ダイオードであって、前記ＬＥＤ
チップ上及び前記支持体上に、前記粒子状蛍光体と共に
少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及び
アルカリ土類元素の一種又は二種以上を有する酸化物を
含むコーティング層を有することを特徴とする発光ダイ
オードである。

【０００９】また、請求項２に記載の本発明の発光ダイ
オードは、前記支持体は、外部との電気的接続が可能な
外部電極を有し、前記ＬＥＤチップは前記外部電極上に
配置されていることを特徴とする請求項１記載の発光ダ
イオードである。

【００１０】請求項３に記載の本発明の発光ダイオード
は、前記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体
であり、且つ前記粒子状蛍光体がセリウムで付活された
イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体であ
る請求項１乃至２記載の発光ダイオードである。

【００１１】請求項４に記載の本発明の発光ダイオード
は、前記ＬＥＤチップの主発光ピークが４００ｎｍから
５３０ｎｍであり、且つ前記粒子状蛍光体の主発光波長
が前記ＬＥＤチップの主発光ピークよりも長い請求項３
記載の発光ダイオードである。

【００１２】請求項５に記載の本発明の発光ダイオード
は、前記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体
であり、且つ前記粒子状蛍光体が（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）
_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅである請求項１
乃至２記載の発光ダイオードである。

【００１３】ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、Ｒｅ
は、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種の元
素である請求項１乃至２記載の発光ダイオードである。

【００１４】請求項６に記載の本発明の形成方法は、Ｌ
ＥＤチップが配置された支持体上に、前記ＬＥＤチップ
からの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光
する粒子状蛍光体と共に少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、
Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類元素の一種又は二
種以上を有する酸化物を含むコーティング層を有する発
光ダイオードの形成方法であって、前記コーティング層
は、前記酸化物ゾル中に前記粒子状蛍光体を分散したも
のを、前記支持体上に一挙に懸濁注入する第一の工程
と、前記第一の工程後、前記支持体を乾燥する第二の工
程と、により形成されることを特徴とする発光ダイオー
ドの形成方法である。

【００１５】請求項７に記載の本発明の形成方法は、前
記第一の工程は、前記酸化物ゾル中に前記粒子状蛍光体
を分散したものを、ノズルから噴出させて前記支持体上
に一挙に懸濁注入することを特徴とする請求項６記載の
発光ダイオードの形成方法である。

【００１６】請求項８に記載の本発明の形成方法は、前
記第二の工程は、上記乾燥は、１２０℃の加温エアを吹
き付けて行われることを特徴とする請求項６または７に
記載の発光ダイオードの形成方法である。

【００１７】コーティング部がＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔ
ｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類元素の１種又は２種
以上を有する酸化物である無機物で粒子状蛍光体をバイ
ンドする。これによりＬＥＤチップからの比較的高いエ
ネルギー光を高密度に照射した場合でもコーティング部
が着色劣化することがなくなる。そのため、長時間高輝
度に発光させても輝度が低下することがない発光ダイオ
ードとすることができる。

【００１８】

【００１９】発光観測面における色調むらや発光ダイオ
ードごとのバラツキは、コーティング部形成時にコーテ
ィング部中に含まれる粒子状蛍光体の平面分布における
傾きが生ずることにより生ずると考えられる。即ち、コ
ーティング部は粒子状蛍光体を含有させた樹脂を先の細
いノズルの如き管から吐出させることによって所望のカ
ップ上に配置させることができる。

【００２０】しかし、バインダー中に含有された粒子状
蛍光体をＬＥＤチップ上に等量均一且つ、高速に塗布さ
せることは極めて難しい。また、バインダーの粘度やコ
ーティング部と接するパッケージ表面などとの表面張力
により、最終的に形成されるコーティング部の形状が一
定しない。コーティング部の厚み（粒子状蛍光体の量）
が部分的に異なり、ＬＥＤチップからの光量、粒子状蛍
光体からの光量が部分的に異なる。

【００２１】そのため発光観測面上において部分的にＬ
ＥＤチップからの発光色が強くなったり、蛍光体からの
発光色が強くなり色調むらが生ずる。また、各発光ダイ
オードごとのバラツキが生ずると考えられる。本発明で
は、ＬＥＤチップ上とそれ以外に形成される粒子状蛍光
体が均一に配置させることにより、色調むらや指向性な
どを改善させることができるものである。以下、本発明
の構成部材について詳述する。（コーティング部１１１、１１２）本発明に用いられる
コーティング部１１１、１１２とは、モールド部材とは
別にマウント・リードのカップ内やパッケージの開口部
内などに設けられるものでありＬＥＤチップ１０３の発
光を変換する粒子状蛍光体及び粒子状蛍光体を結着する
樹脂や硝子などである。本発明のコーティング部１１
１、１１２は、ＬＥＤチップ１０３上に設けられたコー
ティング部１１１の厚みとＬＥＤチップ以外の支持体上
に設けられたコーティング部１１２の厚みとが略等し
い。ＬＥＤチップ１０３上に設けられたコーティング部
１１１と、支持体となるパッケージの開口部表面に設け
られたコーティング部１１２との厚みは、気相や液相中
に分散させた粒子状蛍光体を静置させ沈降することによ
り比較的簡単に略等しく形成させることができる。

【００２２】コーティング部では、カップなどによりＬ
ＥＤチップから放出される高エネルギー光などが反射も
されるため高密度になる。さらに、粒子状蛍光体によっ
ても反射散乱されコーティング部が高密度の高エネルギ
ー光にさらされる場合がある。そのため、発光強度が強
く高エネルギー光が発光可能な窒化物系半導体をＬＥＤ
チップとして利用した場合は、それらの高エネルギー光
に対して耐光性のあるＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、
Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上有する
酸化物を結着剤として利用することが好ましい。

【００２３】コーティング部の具体的主材料の一つとし
ては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭＳｉＯ_３（なお、Ｍと
しては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒなどが挙げられ
る。）などの透光性無機部材に粒子状蛍光体を含有させ
たものが好適に用いられる。これらの透光性無機部材に
より粒子状蛍光体が結着され層状にＬＥＤチップや支持
体上に堆積される。なお、コーティング部には、粒子状
蛍光体と共に紫外線吸収剤を含有させても良い。

【００２４】このようなコーティング部１１１、１２１
は、コーティング部１１１、１２１の材料となる粒子状
蛍光体と結着剤とをよく混合させ容器２０２内に排出手
段２０１のノズルから噴出する。容器２０２内には、Ｌ
ＥＤチップを有するパッケージ１０５が配置されてい
る。ノズルから噴出された材料は、懸濁液として容器２
０２内にたまる。容器２０２を静置しておくと、蛍光体
粒子が沈降し容器２０２の底に蛍光体膜２０４が形成さ
れる。上澄液を排出後、乾燥装置２０５から放出される
加温エアを吹き付け乾燥させる。その後、各パッケージ
１０５を取り出すことにより粒子状蛍光体を有する発光
ダイオードとすることができる。（粒子状蛍光体）本発明に用いられる蛍光体としては、
少なくともＬＥＤチップ１０３の半導体発光層から発光
された光で励起されて発光する粒子状蛍光体をいう。Ｌ
ＥＤチップ１０３が発光した光と、粒子状蛍光体が発光
した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混色
させることで白色を発光することができる。具体的に
は、ＬＥＤチップ１０３からの光と、それによって励起
され発光する粒子状蛍光体の光がそれぞれ光の３原色
（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合やＬＥＤチ
ップ１０３が発光した青色の光と、それによって励起さ
れ発光する粒子状蛍光体の黄色の光が挙げられる。

【００２５】発光ダイオードの発光色は、粒子状蛍光体
と粒子状蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスな
どの無機部材などとの比率、粒子状蛍光体の沈降時間、
粒子状蛍光体の形状などを種々調整すること及びＬＥＤ
チップの発光波長を選択することにより電球色など任意
の白色系の色調を提供させることができる。発光ダイオ
ードの外部には、ＬＥＤチップからの光と蛍光体からの
光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。

【００２６】具体的な粒子状蛍光体としては、銅で付活
された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付活されたイットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられ
る。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ
_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ
（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,
Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素で
ある。）などが好ましい。粒子状蛍光体として特に（Ｒ
ｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１ _２：Ｃ
ｅを用いた場合には、ＬＥＤチップと接する或いは近接
して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ^−２
以上１０Ｗ・ｃｍ^−２以下においても高効率に十分な耐
光性を有する発光ダイオードとすることができる。

【００２７】（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ
_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、
熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７
０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピー
クも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロ
ードな発光スペクトルを持たせることができる。しか
も、組成のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長
が短波長にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換
することで、発光波長が長波長へシフトする。このよう
に組成を変化することで発光色を連続的に調節すること
が可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組
成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発
光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備
えている。

【００２８】このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓ
ｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温
で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量
論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解
液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物
と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合
原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウ
ム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３
５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼
成品を得る。次に焼成品を水中でボールミルして、洗
浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで所望の粒子状蛍
光体を得ることができる。

【００２９】本発明の発光ダイオードにおいて、粒子状
蛍光体は、２種類以上の粒子状蛍光体を混合させてもよ
い。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有
量が異なる２種類以上の（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ
_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧ
Ｂの波長成分を増やすことができる。また、現在のとこ
ろ半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるも
のがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望
の白色光などを得ることができる。具体的には、発光素
子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調
整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれ
る色度図上の任意の点を発光させることができる。

【００３０】このような粒子状蛍光体は、気相や液相中
に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相
中での粒子状蛍光体は、自重によって沈降する。特に液
相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性
の高い粒子状蛍光体を持つ層を形成させることができ
る。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の粒子
状蛍光体量を形成することができる。（ＬＥＤチップ１０３）本発明に用いられるＬＥＤチッ
プ１０３とは、粒子状蛍光体を励起可能なものである。
発光素子であるＬＥＤチップ１０３は、ＭＯＣＶＤ法等
により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発光層として形
成させる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ
接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造ある
いはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の
材料やその混晶度によって発光波長を種々選択すること
ができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜
に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とす
ることもできる。好ましくは、粒子状蛍光体を効率良く
励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系
化合物半導体（一般式Ｉｎ_ｉＧａ_ｊＡｌ_ｋＮ、ただし、
０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。

【００３１】窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場
合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶
性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ
基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に
半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッフ
ァー層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム
半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア
基板上にＳｉＯ_２をマスクとして選択成長させたＧａＮ
単結晶自体を基板として利用することもできる。この場
合、各半導体層を形成後ＳｉＯ_２をエッチング除去させ
ることによって発光素子とサファイア基板とを分離させ
ることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純
物をドープしない状態でＮ型導電性を示す。発光効率を
向上させるなど所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成さ
せる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、
Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、Ｐ型
窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパン
ドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドー
プさせる。

【００３４】本発明の発光ダイオードにおいて白色系を
発光させる場合は、粒子状蛍光体との補色等を考慮して
ＬＥＤチップ１０３の主発光波長は４００ｎｍ以上５３
０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下
がより好ましい。ＬＥＤチップ１０３と粒子状蛍光体と
の効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ
以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。（パッケージ１０２）パッケージ１０２は、ＬＥＤチッ
プ１０３を凹部内に固定保護する支持体として働く。ま
た、外部との電気的接続が可能な外部電極１０４を有す
る。ＬＥＤチップ１０３の数や大きさに合わせて複数の
開口部を持ったパッケージ１０２とすることもできる。
また、好適には遮光機能を持たせるために黒や灰色など
の暗色系に着色させる、或いはパッケージ１０２の発光
観測表面側が暗色系に着色されている。パッケージ１０
２は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部環境から保護す
るためにコーティング部１１１、１１２に加えて透光性
保護体であるモールド部材１０６を設けることもでき
る。パッケージ１０２は、コーティング部１１１、１１
２やモールド部材１０６との接着性がよく剛性の高いも
のが好ましい。ＬＥＤチップ１０３と外部とを電気的に
遮断させるために絶縁性を有することが望まれる。さら
に、パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３などから
の熱の影響をうけた場合、モールド部材１０６との密着
性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。

【００３５】パッケージ１０２の凹部内表面は、エンボ
ス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理して
モールド部材との密着性を向上させることもできる。パ
ッケージ１０２は、外部電極１０４と一体的に形成させ
てもよく、パッケージ１０２が複数に分かれ、はめ込み
などにより組み合わせて構成させてもよい。このような
パッケージ１０２は、インサート成形などにより比較的
簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポ
リカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（Ｐ
ＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等
の樹脂やセラミックなどを用いることができる。また、
パッケージ１０２を暗色系に着色させる着色剤としては
種々の染料や顔料が好適に用いられる。具体的には、Ｃ
ｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３やカーボンブラックな
どが好適に挙げられる。

【００３６】ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２と
の接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。
具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂
などが挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０３を配置固
定させると共にパッケージ１０２内の外部電極１０４と
電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペ
ースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いら
れる。（外部電極１０４）外部電極１０４は、パッケージ１０
２外部からの電力を内部に配置されたＬＥＤチップ１０
３に供給させるために用いられるためのものである。そ
のためパッケージ１０２上に設けられた導電性を有する
パターンやリードフレームを利用したものなど種々のも
のが挙げられる。また、外部電極１０４は放熱性、電気
伝導性、ＬＥＤチップ１０３の特性などを考慮して種々
の大きさに形成させることができる。外部電極１０４
は、各ＬＥＤチップ１０３を配置すると共にＬＥＤチッ
プ１０３から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝
導性がよいことが好ましい。外部電極１０４の具体的な
電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、よ
り好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。また、具体的
な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ^２)(℃／ｃ
ｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／
(ｓ)(ｃｍ^２)(℃／ｃｍ）以上である。

【００３７】このような外部電極１０４としては、銅や
りん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金属
メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられ
る。外部電極１０４としてリードフレームを利用した場
合は、電気伝導度、熱伝導度によって種々利用できるが
加工性の観点から板厚０．１ｍｍから２ｍｍが好まし
い。ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの支持体上な
どに設けられた外部電極１０４としては、銅箔やタング
ステン層を形成させることができる。プリント基板上に
金属箔を用いる場合は、銅箔などの厚みとして１８〜７
０μｍとすることが好ましい。また、銅箔等の上に金、
半田メッキなどを施しても良い。（導電性ワイヤー１０５）導電性ワイヤー１０５として
は、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミック性、機械
的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求めら
れる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ^２)
(℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃ
ａｌ／(ｓ)(ｃｍ^２)(℃／ｃｍ）以上である。また、作
業性などを考慮して導電性ワイヤー１０５の直径は、好
ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。こ
のような導電性ワイヤー１０５として具体的には、金、
銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用
いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワ
イヤー１０５は、各ＬＥＤチップ１０３の電極と、イン
ナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤー
ボンディング機器によって容易に接続させることができ
る。（モールド部材１０６）モールド部材１０６は、発光ダ
イオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電
性ワイヤー１０５、粒子状蛍光体が含有されたコーティ
ング部１１１、１１２などを外部から保護するために設
けることができる。モールド部材１０６は、各種樹脂や
硝子などを用いて形成させることができる。モールド部
材１０６の具体的材料としては、主としてエポキシ樹
脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた
透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モール
ド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ
１０３からの指向性を緩和させ視野角を増やすこともで
きる。このような、モールド部材１０６は、コーティン
グ部の結着剤と同じ材料を用いても良いし異なる材料と
しても良い。以下、本発明の実施例について説明する
が、本発明は具体的実施例のみに限定されるものではな
いことは言うまでもない。

【００３８】

【実施例】（実施例１）ＬＥＤチップとして主発光ピー
クが４６０ｎｍのＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ半導体を用い
た。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチル
インジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキ
ャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系
化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ドー
パントガスとしてＳｉＨ_４とＣｐ _２Ｍｇと、を切り替え
ることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム系半導
体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体を形成し
ＰＮ接合を形成させる。半導体発光素子として、Ｎ型導
電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層
と、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導
体であるクラッド層、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウム
半導体であるコンタクト層を形成させた。Ｎ型導電性を
有するコンタクト層とＰ型導電性を有するクラッド層と
の間に厚さ約３ｎｍであり、単一量子井戸構造とされる
ノンドープＩｎＧａＮの活性層を形成させた。（なお、
サファイア基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成
させバッファ層とさせてある。また、Ｐ型導電性を有す
る半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてあ
る。）エッチングによりサファイア基板上のＰＮ各半導体表面
を露出させた後、スパッタリングにより各電極をそれぞ
れ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエハーを
スクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光
素子として３５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。

【００３９】一方、インサート成形によりポリカーボネ
ート樹脂を用いてチップタイプＬＥＤのパッケージを形
成させた。チップタイプＬＥＤのパッケージ内は、ＬＥ
Ｄチップが配される開口部を備えている。パッケージ中
には、銀メッキした銅板を外部電極として配置させてあ
る。パッケージ内部でＬＥＤチップをエポキシ樹脂など
を用いて固定させる。導電性ワイヤーである金線をＬＥ
Ｄチップの各電極とパッケージに設けられた各外部電極
とにそれぞれワイヤーボンディングさせ電気的に接続さ
せてある。こうしてＬＥＤチップが配置されたパッケー
ジを８２８０個形成させた。各パッケージの開口部を除
く表面には、レジスト膜が形成されている。８２８０個
のＬＥＤチップが配置されたパッケージを純粋電解質が
入った容器中に配置させる。

【００４０】他方、粒子状蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの
希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で
共沈させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸
化アルミニウムと混合して混合原料を得る。これにフラ
ックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰
め、空気中１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品
を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、
乾燥、最後に篩を通して形成させた。形成された（Ｙ
_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体をＳｉ
Ｏ_２ゾル中に分散させる。

【００４１】次に、酢酸でｐＨを５．０に調整した後、
直ちにパッケージが配置された容器中に（Ｙ_０．８Ｇｄ
_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体とＳｉＯ_２ゾルを
一挙に懸濁注入させる（図２(A)）。静置後（Ｙ_０．８
Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体が沈降しパッ
ケージ上に沈降する（図２(B)）。容器内の廃液を除し
ＬＥＤチップ上に粒子状蛍光体が堆積したパッケージを
１２０度に加熱した空気で乾燥させる（図２(C)）。こ
の後に、容器から各発光ダイオードを取り出して発光ダ
イオードの非発光部に付着した粒子状蛍光体をレジスト
マスクごと除去することによってＬＥＤチップ上とパッ
ケージ底面との膜厚が共に約４０μｍと略等しいコーテ
ィング部を形成させることができる。さらに、ＬＥＤチ
ップや粒子状蛍光体を外部応力、水分及び塵埃などから
保護する目的でコーティング部が形成されたパッケージ
開口部内にモールド部材として透光性エポキシ樹脂を形
成させた。透光性エポシキ樹脂を混入後、１５０℃５時
間にて硬化させた。こうして図１の如き発光装置である
発光ダイオードを形成させた。

【００４２】得られた発光ダイオードに電力を供給させ
ることによって白色系を発光させることができる。発光
ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定し
た。色温度８０９０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝８７．５
を示した。また、発光光率は１０．８ｌｍ／ｗであっ
た。さらに、ＣＩＥ色度図上のｘ，ｙ＝（０．３０５，
０．３１５）±０．０３で囲まれた範囲内に、約８１１
４個の各発光ダイオードが分布しており歩留まりは、約
９８％であった。（比較例１）エポキシ樹脂中に（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）
_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体を混合させてノズルから突
出させコーティング部を形成させた以外は、実施例１と
同様にして発光ダイオードを形成させた。形成された発
光ダイオードの断面は、コーティング部の端面がはい上
がっていると共に粒子状蛍光体の量が不均一であった。
こうして形成された発光ダイオードの色度点を実施例１
と同様に測定した。形成された発光ダイオードの色度点
は、ＬＥＤチップの主発光ピークと蛍光体の主発光波長
を結んだ線上に略位置していたが、歩留まりは約６１％
にしか過ぎなかった。

【００４３】

【００４４】特に、本発明の請求項１に記載の構成とす
ることにより高輝度、長時間の使用においても色ずれ、
発光光率の低下が極めて少ない発光ダイオードとするこ
とができる。即ち、本発明の請求項１に記載の構成とす
ることによりＬＥＤチップからの比較的高いエネルギー
光を高密度に照射した場合でもコーティング部が着色劣
化することがなくなる。そのため、長時間高輝度に発光
させても輝度が低下することがない発光ダイオードとす
ることができる。

【００４５】本発明の請求項２の構成とすることによ
り、ＬＥＤチップから放出された熱を外部に放熱させる
ことが可能である。

【００４６】本発明の請求項３の構成とすることによ
り、高輝度、長時間の使用においてもより輝度の低下や
色ずれが少なく白色系が発光可能な発光ダイオードとす
ることができる。

【００４７】本発明の請求項４の構成とすることによ
り、白色発光可能でより発光効率の高い発光ダイオード
とすることができる。

【００４８】本発明の請求項５の構成とすることによ
り、高輝度、長時間の使用においてもより輝度の低下や
色ずれが少なく白色系が発光可能な発光ダイオードとす
ることができる。

【００４９】本発明の請求項６に記載の方法とすること
により、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発
光ダイオードを歩留まりよく形成させることができる。

【００５０】本発明の請求項７に記載の方法とすること
により、より均一性の高い粒子状蛍光体を持つ層を形成
させることができ、所望に応じて複数回繰り返すことに
より所望の蛍光体量を形成することができる。

【００５１】本発明の請求項８に記載の方法とすること
により、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発
光ダイオードをさらに歩留まりよく形成させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１１１・・ＬＥＤチップ上のコーティング部１１２・・・支持体上のコーティング部１０２・・・パッケージ１０３・・・ＬＥＤチップ１０４・・・外部電極１０５・・・導電性ワイヤー１０６・・・モールド部材２０１・・・コーティング部の材料を噴出させる排出手
段２０２・・・容器２０３・・・ノズルから噴出されたコーティング部の材
料２０４・・・蛍光体膜２０５・・・加温エアを吹き付ける乾燥装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体上に配置されたＬＥＤチップと、該
ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長
変換して発光する粒子状蛍光体と、を有する発光ダイオ
ードであって、前記ＬＥＤチップ上に配置された粒子状蛍光体を有する
コーティング部の厚みと、前記ＬＥＤチップ上以外の支
持体上に配置された粒子状蛍光体を有するコーティング
部の厚みと、が略等しいことを特徴とする発光ダイオー
ド。
【請求項２】前記コーティング部は、粒子状蛍光体と共
に少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及
びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物
からなる請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】前記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合
物半導体であり、且つ前記粒子状蛍光体がセリウムで付
活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍
光体である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】前記ＬＥＤチップの主発光ピークが４００
ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ前記粒子状蛍光体の主
発光波長が前記ＬＥＤチップの主発光ピークよりも長い
請求項３記載の発光ダイオード。
【請求項５】前記ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合
物半導体であり、且つ前記粒子状蛍光体が（Ｒｅ1-xＳ
ｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅである請求項１記
載の発光ダイオード。ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦
１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも
一種の元素である。
【請求項６】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発
光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光
体と、を有する発光ダイオードの形成方法であって、気相又は液相中に分散させた粒子状蛍光体の沈降により
前記ＬＥＤチップ上に粒子状蛍光体を含むコーティング
部を形成させることを特徴とする発光ダイオードの形成
方法。