(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子に電流を供給する一対のリード電極と、前記発光素子と前記リード電極の少なくとも一方とを接続させる導電性ワイヤと、前記発光素子を被覆し且つ該発光素子からの発光の少なくとも一部を変換させる波長変換部材とを有する発光ダイオードであって、
前記導電性ワイヤは、前記発光素子の内側方向へと湾曲する湾曲ループ部分を有し、前記波長変換部材の発光観測面側表面は、前記湾曲ループ部分の上部にまで達していることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光素子は、発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ前記波長変換部材は、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を含む請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記波長変換部材は、（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を含む請求項１または２に記載の発光ダイオード。
ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種の元素である発光ダイオード。
【請求項４】
前記波長変換部材は、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種以上の（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を含む請求項１乃至３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
発光素子に電流を供給する一対のリード電極と、前記発光素子とリード電極の少なくとも一方とを接続させる導電性ワイヤと、前記発光素子を被覆し且つ該発光素子からの発光の少なくとも一部を変換させる波長変換部材とを有する発光ダイオードの形成方法であって、
ダイボンディングされた発光素子の電極の直上にキャピラリを降下させ導電性ワイヤをボールボンディングした後、該導電性ワイヤを繰り出しながら前記キャピラリを直上に上昇させる第一の工程と、
該第一の工程に続いて、前記キャピラリを前記発光素子の内側、かつ斜め下方向に向かってリバースさせる第二の工程と、
該第二の工程に続いて、前記導電性ワイヤを繰り出しながら直上に前記キャピラリを上昇させる第三の工程と、
該第三の工程に続いて、前記キャピラリを前記リード電極の方向へ移動させ、前記導電性ワイヤに湾曲ループ形状を設ける第四の工程と、
前記湾曲ループ形状の上部まで前記波長変換部材を設ける第五の工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤチップが発光する波長の少なくとも一部を変換させる波長変換部材を含有する樹脂でＬＥＤチップを封止してなる発光ダイオードに係わり、特に、発光ダイオードの発光方位、量産過程での封止用樹脂量の変化などによる色調むらや発光むらをより少なくするために改善した発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも呼ぶ。）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子であるため球切れなどの心配がない。初期駆動特性が優れ、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混色発光を行うことができない。そこで、本願出願人は、青色発光ダイオードと蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色変換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとして、特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発した。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤチップを用いて白色系など他の発光色を発光させることができる。
【０００３】
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。この場合、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、これらの発光の混色を利用して白色系を発光させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードに用いられるマウント・リード上の反射カップ内に単にＬＥＤチップ及び蛍光体などの波長変換部材を実装しモールド部材を形成させると、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場合がある。これは、発光ダイオードの指向特性を鋭くさせるほど顕著に現れる。
【０００５】
具体的には、指向特性の狭いものは発光観測面側から見て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。
【０００６】
特に、蛍光体などの波長変換部材を有する発光ダイオードがレンズ状モールド部材を有する場合、発光ダイオードを直視するとモールド部材のレンズ効果により色むらがより顕著に確認されることとなる。従って、僅かな色むらの違いが大きな色むらとなって観測される場合がある。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。また、定電力下において色むら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、歩留まりが極めて低いものとなる。また、発光出力の変更に伴って発光観測面上の色むらが観測され、表示面のちらつきとなる場合がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、発光素子に電流を供給する一対のリード電極と、発光素子とリード電極の少なくとも一方とを接続させる導電性ワイヤと、発光素子を被覆し且つ該発光素子からの発光の少なくとも一部を変換させる波長変換部材とを有する発光ダイオードであって、導電性ワイヤは、発光素子の内側方向へと湾曲する湾曲ループ部分を有し、波長変換部材の発光観測面側表面は、湾曲ループ部分の上部にまで達していることを特徴とする発光ダイオードである。また、上記発光素子は、発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ波長変換部材は、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を含むことができる。また、波長変換部材は、（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を含むことができる（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。）。また、波長変換部材は、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種以上の（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を含むことができる。
さらに、本願発明は、発光素子に電流を供給する一対のリード電極と、前記発光素子とリード電極の少なくとも一方とを接続させる導電性ワイヤと、前記発光素子を被覆し且つ該発光素子からの発光の少なくとも一部を変換させる波長変換部材とを有する発光ダイオードの形成方法であって、ダイボンディングされた発光素子の電極の直上にキャピラリを降下させ導電性ワイヤをボールボンディングした後、該導電性ワイヤを繰り出しながらキャピラリを直上に上昇させる第一の工程と、該第一の工程に続いて、キャピラリを発光素子の内側、かつ斜め下方向に向かってリバースさせる第二の工程と、該第二の工程に続いて、導電性ワイヤを繰り出しながら直上にキャピラリを上昇させる第三の工程と、該第三の工程に続いて、キャピラリをリード電極の方向へ移動させ、導電性ワイヤに湾曲ループ形状を設ける第四の工程と、湾曲ループ形状の上部まで波長変換部材を設ける第五の工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの形成方法である。
【０００８】
本出願人は上記問題を解決してより色調むら、輝度むらの少ない発光ダイオードを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、発光素子に電流を供給する一対のリード電極と、発光素子とリード電極の少なくとも一方とを接続させる導電性ワイヤと、発光素子を被覆し且つ該発光素子からの発光の少なくとも一部を変換させる波長変換部材とを有する発光ダイオードであって、導電性ワイヤは、発光素子の内側方向へと湾曲する湾曲ループ部分を有し、波長変換部材の発光観測面側表面は、湾曲ループ部分の少なくとも上部にまで達していることを特徴とする発光ダイオードである。上記発光素子は、発光層が窒化物系化合物半導体であり、且つ波長変換部材は、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を含むことができる。また、波長変換部材は、（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を含むことができる（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。）。また、波長変換部材は、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種以上の（Ｒｅ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を含むことができる。
【００１０】
さらに、本願発明は、発光素子に電流を供給する一対のリード電極と、前記発光素子とリード電極の少なくとも一方とを接続させる導電性ワイヤと、前記発光素子を被覆し且つ該発光素子からの発光の少なくとも一部を変換させる波長変換部材とを有する発光ダイオードの形成方法であって、ダイボンディングされた発光素子の電極の直上にキャピラリを降下させ導電性ワイヤをボールボンディングした後、該導電性ワイヤを繰り出しながらキャピラリを直上に上昇させる第一の工程と、該第一の工程に続いて、キャピラリを発光素子の内側、かつ斜め下方向に向かってリバースさせる第二の工程と、該第二の工程に続いて、導電性ワイヤを繰り出しながら直上にキャピラリを上昇させる第三の工程と、該第三の工程に続いて、キャピラリをリード電極の方向へ移動させ、導電性ワイヤに湾曲ループ形状を設ける第四の工程と、湾曲ループ形状の上部まで波長変換部材を設ける第五の工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの形成方法である。
【００１１】
これによって、波長変換部材が含有されたＬＥＤチップ封止部材の流し込みの不均一によって生ずる色調むらなどを低減させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、ＬＥＤチップをリード電極と電気的に接続させるワイヤに、形状保持部位を持たせ、波長変換部材を有するＬＥＤチップ封止部材をＬＥＤチップ上に特定量形成させることにより、発光ダイオードの色調むらを改善できることを見出し、本発明を成すに到った。
【００１３】
即ち、図４（Ｂ）に基づいて説明するが、ＬＥＤチップ４２を外部と電気的に接続させるワイヤ４３が形状保持部位を有していない図４（Ｂ）のような構造の発光ダイオードでは、波長変換部材含有樹脂４１の流し込み量によっては、樹脂厚の変動が大きくなる。特に、波長変換部材として蛍光体を含有させた樹脂を細管からＬＥＤチップ上に流し込む場合は、約０．５μｌ程度の極めて少量であり、その量を調整しながら量産性よく形成させることは極めて難しい。蛍光体を用いた色変換型の発光ダイオードの発光色は、ＬＥＤチップから放出された発光が蛍光体を有する樹脂中を透過する距離により決定されるため、図４（Ｂ）のような構造では、同時に量産したとしても個々により微妙な色の差が生じてくる。
【００１４】
本発明は、例えば図１（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１２を外部と電気的に接続させるワイヤ１３を、形状保持部位として湾曲ループ形状を有する形状に形成し、その湾曲ループ部分上部に波長変換部材（図１の発光ダイオードの場合は蛍光体を用いている）含有樹脂１１が到達するように、該樹脂の流し込み量を設定させる。樹脂の流し込み量をこのように設定することにより、量産過程でその流し込み量に微妙な増減が起こった場合でも、張力を持った該樹脂の表面がワイヤのループ部分に接着するので、少なくとも蛍光体含有樹脂厚はワイヤの湾曲ループ部分の高さにまでとさせることができる。これにより、量産された発光ダイオードの個々の蛍光体含有封止部材の厚みの差は極力低減でき、結果として、ＬＥＤチップから放出された光の行路長差の変動が少なく、所望の色調を持った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。
【００１５】
本発明による具体的な発光ダイオードの一例として、図１（Ａ）を示す。図１（Ａ）のＬＥＤのマウントリードカップ内部には、窒化ガリウム系半導体を用いたＬＥＤチップが配置されており、導電性ワイヤとして金線を用い、ＬＥＤチップの各電極とマウント・リード、インナー・リード各電極とをそれぞれ電気的に接続させてある。該導電性ワイヤは、ＬＥＤ内側方向へと湾曲した部分を有する形状に形成させてある。（ＲＥ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体をエポキシ樹脂中に混合分散させたものをＬＥＤチップが配されたカップ内部に流し込み硬化形成させる。蛍光体含有の樹脂は少なくともワイヤの湾曲ループ部分上部にまで達する量を流し込むように設定させてある。さらにモールド部材を、蛍光体含有樹脂、ＬＥＤチップ、導電性ワイヤ、少なくともマウント・リード、インナー・リードの一部を被覆するように硬化形成させる。このような発光ダイオードに電力を供給させることによってＬＥＤチップを発光させる。ＬＥＤチップからの発光と、その発光によって励起された蛍光体からの発光との混色により、白色系などが発光可能な発光ダイオードを量産性よく形成させることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、さらに具体的に本発明の発光ダイオードについて詳述するが、これのみに限られないことはいうまでもなく、本発明はチップタイプＬＥＤ等にも効果を発揮するものである。
（実施例１）
発光素子として主発光ピークが４７０ｎｍのＧａＩｎＮ半導体を用いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇと、を切り替えることによってｎ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とｐ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体を形成しｐｎ接合を形成させた。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
エッチングによりｐｎ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法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２５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。
【００１７】
このようにして形成されたＬＥＤチップを、マウント・リードのカップ内部にエポキシ樹脂でダイボンディングした。
【００１８】
ＬＥＤチップの各電極と、外部電極ともなるマウント・リード、インナー・リードとを、それぞれ金線でワイヤボンディングし電気的導通を取った。該ワイヤには、ＬＥＤ内側方向へと湾曲する形状を有する部分を形成した。
【００１９】
そのような形状のワイヤを形成するには、図２に示すように、まずキャピラリ２１をＬＥＤチップの電極２３上に真っ直ぐ降下させ、ボールボンディングした後ワイヤ２２をくり出しながらまた真っ直ぐに約１５０μｍ引き上げる（図２（Ａ））。次にキャピラリを、ＬＥＤの内側方向、斜め下約４０度方向へ向かって約１５０μｍいったんリバースさせ（図２（Ｂ））、再びワイヤをくり出しながら真っ直ぐに約３００μｍ引き上げる（図２（Ｃ））。そしてリード電極方向へと約４５度の角度でキャピラリを移動させ（図２（Ｄ））、図１（Ｂ）のような形状のワイヤ１３を形成させる。
【００２０】
また、波長変換部材に含ませる蛍光体は、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。
【００２１】
形成された（Ｙ０．４Ｇｄ０．６）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体８０重量部、透光性エポキシ樹脂１００重量部をよく混合してＬＥＤチップ封止部材とした。ＬＥＤチップ封止部材を細管からＬＥＤチップが配置されたマウント・リードカップ内部に注入させた。注入量は、ワイヤの湾曲ループ部分上部にまで満たすように設定させた。ＬＥＤチップ封止部材は、注入後１５０℃５時間にて硬化させた。
【００２２】
さらに、ＬＥＤチップ、導電性ワイヤ、蛍光物質が含有されたＬＥＤチップ封止部材などを外部から保護するため、少なくともマウント・リードとインナー・リードとの一部分をモールド封止樹脂で被覆し、該樹脂にレンズ効果を持たせるためモールド部材は楕円形に形成させた。
【００２３】
このようにして図１（Ａ）の如き発光ダイオードを形成させた。
【００２４】
次に、図１（Ａ）に基づいて本発明の発光ダイオードの各構成部材について詳述する。
（波長変換部１１）
波長変換部とは、モールド部材１４とは別にマウント・リードのカップ内部に設けられるものであり、ＬＥＤチップ１２の発光を変換する物質、例えば蛍光物質が含有される樹脂や硝子などである。波長変換部材の具体的主材料の一つとしては、有機染料そのものやエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などに蛍光物質を含有させたものが好適に用いられる。また波長変換部材には、蛍光物質と共に拡散剤や紫外線吸収剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、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。またそのカップ内部への充填量は、色調むら、輝度むらの少ない発光ダイオードとするため、少なくとも導電性ワイヤの形状保持部分上部にまで満たす量に予め設定させておく。
【００２５】
波長変換部材の主原料は、モールド部材と同じ材料を用いてもよいし、異なる部材としても良い。波長変換部材を異なる部材で形成させた場合においては、ＬＥＤチップや導電性ワイヤなどにかかる外部応力や熱応力を緩和させることもできる。また、波長変換部は、マウント・リードのカップ内部においてＬＥＤチップから放出される紫外線などが反射され高密度になる。さらに、蛍光物質によっても反射散乱され波長変換部材が高密度の紫外線にさらされる場合がある。この場合、紫外線などによる波長変換部の劣化を防ぐ、或いは紫外線吸収を少なくする目的でガラスや、紫外線吸収剤を含有させた樹脂などで形成させても良い。
（蛍光体）
次に、マウント・リードのカップ内部に充填された波長変換部材に含まれる、例えば蛍光体について述べる。本発明に用いられる蛍光体としては、少なくとも半導体発光層から発光された可視光で励起されて発光する蛍光体をいう。窒化ガリウム系化合物半導体を用いたＬＥＤチップ１２から発光した光と、蛍光体から発光する光が補色関係などにある場合やＬＥＤチップ１２からの光とそれによって励起され発光する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、ＬＥＤチップからの発光と、蛍光体からの発光と、を混色表示させると白色系の発光色表示を行うことができる。そのため発光ダイオードの外部には、ＬＥＤチップ１２からの発光と蛍光体からの発光とがモールド封止部材を透過する必要がある。蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、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することができる。
【００２６】
半導体発光層によって励起される蛍光体は、無機蛍光体、有機蛍光体、蛍光染料、蛍光顔料など種々のものが挙げられる。具体的な蛍光体としては、ペリレン系の誘導体や（ＲＥ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、ＲＥは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが挙げられる。蛍光体として特に（ＲＥ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップと接する或いは近接して配置され、放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ−２以上１０Ｗ・ｃｍ−２以下においても高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオードとすることができる。
【００２７】
（ＲＥ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
【００２８】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を、蓚酸で共沈し、それ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。
【００２９】
（Ｙ１−ｐ−ｑ−ｒＧｄｐＣｅｑＳｍｒ）３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体は、結晶中にＧｄを含有することにより、特に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。ガドリニウムの含有量の増加により、発光ピーク波長が、５３０ｎｍから５７０ｎｍまで長波長に移動し、全体の発光波長も長波長側にシフトする。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、青色光によるの発光輝度は徐々に低下する。したがって、ｐは０．８以下であることが好ましく、０．７以下であることがより好ましい。さらに好ましくは０．６以下である。
【００３０】
Ｓｍを含有する（Ｙ１−ｐ−ｑ−ｒＧｄｐＣｅｑＳｍｒ）３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体は、Ｇｄの含有量の増加にかかわらず温度特性の低下が少ない。このようにＳｍを含有させることにより、高温度における蛍光体の発光輝度は大幅に改善される。その改善される程度はＧｄの含有量が高くなるほど大きくなる。すなわち、Ｇｄを増加して蛍光体の発光色調に赤みを付与した組成ほどＳｍの含有による温度特性改善に効果的であることが分かった。（なお、ここでの温度特性とは、４５０ｎｍの青色光による常温（２５°Ｃ）における励起発光輝度に対する、同蛍光体の高温（２００°Ｃ）における発光輝度の相対値（％）で表している。）
Ｓｍの含有量は０．０００３≦ｒ≦０．０８の範囲で温度特性が６０％以上となり好ましい。この範囲よりｒが小さいと、温度特性改良の効果が小さくなる。また、この範囲よりｒが大きくなると温度特性は逆に低下してくる。０．０００７≦ｒ≦０．０２の範囲では温度特性は８０％以上となり最も好ましい。
【００３１】
Ｃｅは０．００３≦ｑ≦０．２の範囲で相対発光輝度が７０％以上となる。ｑが０．００３以下では、Ｃｅによるの励起発光中心の数が減少することで輝度低下し、逆に、０．２より大きくなると濃度消光が生ずる。具体的には、（Ｙ０．３９Ｇｄ０．５７Ｃｅ０．０３Ｓｍ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体等が挙げられる。
【００３２】
本発明の発光ダイオードにおいて、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（ＲＥ１−ｘＳｍｘ）３（Ａｌ１−ｙＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。これに、カラーフィルターを用いることによりフルカラー液晶表示装置用としても利用できる。
（ＬＥＤチップ１２）
本発明に用いられるＬＥＤチップ１２とは、蛍光体などの波長変換部材を効率良く励起できる比較的短波長な光、を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体などが挙げられる。発光素子であるＬＥＤチップ１２は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＧａＮ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。
【００３３】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が用いられる。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好ましい。このサファイヤ基板上に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。窒化ガリウム系半導体は、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】
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低抵抗化させることが好ましい。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。
【００３５】
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ガリウム系化合物半導体であるＬＥＤチップ１２を形成させることができる。
【００３６】
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、蛍光体などの波長変換部材との補色等を考慮して発光素子の主発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップと波長変換部材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。
【００３７】
ＬＥＤチップ１２とマウント・リードのカップ内部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。ＬＥＤチップ１２とマウント・リードのカップ内部との接続部は、ＬＥＤチップから放出された光や紫外線などが蛍光体などによっても反射され、カップ内部でも特に高密度になる。そのため、接続部の樹脂劣化による黄変などにより発光効率が低下することが考えられる。このような接続部の劣化防止のために、紫外線などによる劣化を防ぐ、或いは紫外線吸収を少なくする目的でガラスや紫外線吸収剤を含有させた樹脂などを使用することがより好ましい。
（導電性ワイヤ１３）
導電性ワイヤ１３としては、ＬＥＤチップ１２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。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、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が挙げられる。
（モールド封止部材１４）
モールド部材１４は、発光装置の使用用途に応じて蛍光物質が含有された波長変換部１１、ＬＥＤチップ１２、導電性ワイヤ１３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１４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。モールド部材を所望の形状にすることによってＬＥＤチップ１２からの発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、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた物などが挙げられる。また、ＬＥＤチップからの光を集光させレンズ形状を採る場合においては、発光観測面側から見て発光面が拡大されるため光源の色むらが特に顕著に現れる。従って、本願発明の色むら抑制の効果が特に大きくなるものである。
【００３８】
モールド部材１４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チップからの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。拡散剤の具体的材料としては、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。さらに、モールド部材と波長変換部とを異なる部材で形成させても良い。具体的には波長変換部を蛍光物質が含有された樹脂とし、モールド部材を硝子等としたものである。これにより、生産性良くより水分などの影響が少ない発光ダイオードとすることができる。また、屈折率を考慮してモールド部材と波長変換部とを同じ部材を用いて形成させることもできる。
（マウント・リード１５）
マウント・リード１５は、ＬＥＤチップ１２を配置させると共に蛍光物質を収容させる波長変換部１１と、を有するものである。ＬＥＤチップを複数設置しマウント・リードをＬＥＤチップの共通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等との接続性が求められる。
【００３９】
マウント・リード１５上のカップ内に異なる発光色を発光するＬＥＤチップを２以上配置すると共に蛍光物質を利用して多色発光可能な発光装置を形成させることもできる。
【００４０】
マウント・リード１５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、マウント・リード１５上に複数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、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。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。
（インナー・リード１６）
インナー・リード１６としては、マウント・リード１５上に配置されたＬＥＤチップと接続された導電性ワイヤとの接続を図るものである。マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを設けた場合は、各導電性ワイヤ同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどによって、マウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。
【００４１】
インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリードフレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、或いは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
【００４２】
インナー・リードは、導電性ワイヤであるボンディングワイヤ等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。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。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
（比較例１）
以下、本発明による発光ダイオード図１と比較実験するため、図４に示すような発光ダイオードを形成させた。図４の発光ダイオードは、ワイヤ部分４３に湾曲ループ形状を有しておらず、図に示すとおり単純な形状のワイヤを形成させた。それ以外は、本願発明の発光ダイオード図１と同様に形成させた。波長変換部材含有樹脂４１の充填量も、図１の発光ダイオードにおける充填量と同量に設定した。図１における波長変換部材含有樹脂１１の充填量は、ワイヤ１３の湾曲ループ部分上部にまで達する量に設定してある。
【００４３】
こうして形成させた発光ダイオード１２００個と、本発明による発光ダイオード１２００個を量産し、そのうちそれぞれから無作為に２０個ずつを取り出し、光色のばらつきを観測した。その結果を図３の色度図上に示す。ワイヤに湾曲ループ形状を有する図１の発光ダイオードの方は色のばらつきの範囲が比較的狭いのに対し、湾曲ループ形状を有しない図４の方は、色のばらつきの範囲が広域に及んでいるのが分かる。さらにそれぞれの２０個を観察してみると、図４の発光ダイオードの波長変換樹脂の表面位置が、図１の発光ダイオードのそれよりも下方であった。１２００個の量産を行ったために樹脂注入量の設定値を制御しきれなかったためであるが、本願発明による発光ダイオード図１の方は、樹脂注入量に微妙な増減の差が起こってしまっても、張力を持った樹脂表面が少なくともワイヤの湾曲ループ部分にちょうど接着していたため、樹脂厚をある程度一定に保つことができていた。そのため光色のばらつきが少なかった。一方図４の発光ダイオードの方は、樹脂注入量が増えてしまったときにはカップ外部へ樹脂が流れ出てしまい樹脂表面がカップの表面の位置になり、また減ってしまったときにはワイヤの形状が単純なために樹脂の表面張力がうまく働く箇所がなく樹脂表面がカップ内下方へと下がり過ぎ、結果として波長変換樹脂の厚みをほぼ一定に保つことはできなかった。
【００４４】
【発明の効果】
本願発明は、導電性ワイヤの形状がＬＥＤチップからＬＥＤチップ上に形成された波長変換部材の発光観測面側表面までの距離を調整してなる形状保持部分を有しており、例えば蛍光体を含む波長変換部材が少なくとも形状保持部位上部にまで充填される。また形状保持部位は、波長変換部材の発光観測面側表面において湾曲ループ形状を有しており、発光ダイオードはＬＥＤチップからの可視光と波長変換部材からの可視光との混色光を放射する発光ダイオードとすることにより、波長変換部材の注入量が多少増減しても、色調ずれ、色むら、輝度むらが極めて少ない発光ダイオードを量産性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（Ａ）は、本発明の発光ダイオード例であるＬＥＤの模式的断面図である。（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図２】  図２は、本発明の発光ダイオードのワイヤ部分を形成する工程を順に示したものである。
【図３】  図３は、比較実験で光色のばらつきを観測した結果を色度図上に示したものである。
【図４】  図４（Ａ）は、本発明の発光ダイオードとの比較のために示したＬＥＤの模式的断面図である。（Ｂ）はその部分拡大図である。
【符号の説明】
１１、４１・・・波長変換部
１２、４２・・・ＬＥＤチップ
１３、２２、４３・・・導電性ワイヤ
１４、４４・・・モールド封止部材
１５、４５・・・マウント・リード
１６、４６・・・インナー・リード
２１・・・キャピラリ先端
２３・・・ＬＥＤチップの電極部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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