(57)【要約】【課題】  色ムラが少なく、かつ安価な発光ダイオードを効率よく製造する。【解決手段】  第1次の発光源であるGaN系のLEDの発光波長を、1種類、又は数種類の蛍光材料を用いて波長変換し第２次の発光波長を発光する発光ダイオードにおいて、第1次の発光源であるLEDの光取り出し面に、主として蛍光材料からなる薄膜をLEDウエハー又は集合したチップの状態で、つけることにより波長変換して第2次の発光波長を発光させる発光ダイオードを製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1次の発光源であるGaN系のLEDの発光波長を、1種類、又は数種類の蛍光材料を用いて波長変換し第２次の発光波長を発光する発光ダイオードの製造方法において、第1次の発光源であるLEDの光取り出し面に、主として蛍光材料からなる薄膜をLEDウエハー又は集合したチップの状態で、つけることにより波長変換して第2次の発光波長を発光させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項２】
第1次の発光波長が、第2の発光波長より短いことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項３】
第1次の発光源であるLEDがGaN系で、LEDの基板がサファイア、又はSiCであることを特徴とする請求項1または２に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項４】
第1次の発光源であるLEDがGaN系のLEDであり、第2の発光色が白色系の色であることを特徴とする請求項1〜３の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項５】
主として蛍光材料からなる薄膜の膜厚が、１００ミクロン以下であることを特徴とする請求項1〜４の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項６】
主として蛍光材料からなる薄膜の膜厚が、５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項1〜５の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項７】
主として蛍光材料からなる薄膜の膜厚が、２５ミクロン以下であることを特徴とする請求項1〜６の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項８】
主として蛍光材料からなる薄膜は、薄膜中の蛍光体重量百分率が７０％以上であることを特徴とする請求項1〜７の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項９】
主として蛍光材料からなる薄膜は、薄膜中の蛍光体重量百分率が８５％以上であることを特徴とする請求項1〜８の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法で製造された発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、LEDディスプレー、バックライト光源、信号機、および各種インジケーターなどに利用される発光ダイオードに関係し、特に第1次の発光源であるLEDが発生する光の波長を変換して、第2次の発光波長を発光するフォトルミネッセンス蛍光体を備えた発光ダイオードに関する
【背景技術】
【０００２】
LED(発光ダイオード)は小型、省電力消費、長寿命などの特性より、種々の幅広い用途に使用されている。
これは第1次の発光源であるLEDの発光波長を、1種類、又は数種類の蛍光材料を用いて波長変換し第２次の発光波長にすることにより、任意の色調の発光ダイオードを得る事ができるからである。
つまり第1次の発光源であるLEDの発光波長は１種類でも、1種類、又は数種類の蛍光材料により、数種類の波長を持った第2次の光に変換することにより、任意の色調の光を得ることができ、従って安価で安定した発光が得られ、これを利用して上記のような幅広い用途に使用されている。
この発光ダイオードの蛍光体のマウント方法の代表例は、例えば特許文献１に記載されている。この発明によれば、発光チップの発光をカッフ゜の底面においた発光素子全体を樹脂で封止する発光タ゛イオート゛で、前記樹脂はカッフ゜内部を充填する第1の樹脂と、第1の樹脂を包囲する第2の樹脂よりなり、第1の樹脂には波長変換する蛍光物質、または1部吸収するフイルター物質が含有されていることを特徴とすると記されている。
【０００３】
しかし、一般的に常温で液状で熱硬化する透光性樹脂に蛍光体を混合し波長変換する方法は、下記のような問題がある。
1)樹脂と蛍光体との比重がことなるので、液状の樹脂に蛍光体を混合すると、熱硬化するまでの時間に、液状樹脂と蛍光体の比重差のために蛍光体が沈降し、熱硬化した状態まで均一な混合状態を維持することが困難であり、発光ダイオードの色調の均一性を悪化させる。
2) 発光ダイオードの色調を向上させる目的で１種類以上の異なった蛍光体をもちいることが一般的である。この場合には、数種類の蛍光体間の比重が異なり沈降速度に違いがでる問題が加わり、一段と樹脂との混合、分散状態、沈降速度が不均一に成り易くなり、熱硬化した状態まで均一な混合状態を維持することが一段と困難になるので、いっそう発光ダイオードの色調の均一性を悪化させる。
【０００４】
3)一般的に第1次の発光源であるLEDの波長は、蛍光体で波長変換された第2次の発光波長より短波長である。また、一般的に使われている透光性樹脂は短波長の光を吸収すると、透光性が劣化する性質がある。従って、蛍光体で波長変換した第2次の発光波長より、発光源であるLEDの第1次の発光波長は短波長であることが多いので、蛍光体と透光性樹脂を混練した状態では、LEDの第1次の発光波長である短波長光が透光性樹脂を1部透過することになるので、透光性樹脂の劣化を防止することが難しい
4)樹脂と蛍光体の混練中、及び、LEDチップとの樹脂と蛍光体を混練した材料で封止中、に空気を巻き込やすく、歩留まりが悪化し、またこれを防止するには高価な機器が必要になり、製造コストが上昇する
また特許文献２には、BN結晶よりなるLEDに粒径限定した蛍光体層を結晶層の接合面につけることを提案しているが、本特許の対象は主としてGaN系半導体で対象が異なり、かつ1種類又は数種類の蛍光体の使用により演色性の良い白色系の光を取り出し、かつ光取り出し面の大部分を具体的な方法を提案して覆うことに特徴がある。
【特許文献１】特開平７−９９３４５号公報
【特許文献２】特開平２−９１９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題を解決し、色ムラを解決し安価で安定した色調が得られる発光ダイオード及びその成形方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成させた。すなわち本発明は以下に関する。
（１）第1次の発光源であるGaN系のLEDの発光波長を、1種類、又は数種類の蛍光材料を用いて波長変換し第２次の発光波長を発光する発光ダイオードの製造方法において、第1次の発光源であるLEDの光取り出し面に、主として蛍光材料からなる薄膜をLEDウエハー又は集合したチップの状態で、つけることにより波長変換して第2次の発光波長を発光させることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
（２）第1次の発光波長が、第2の発光波長より短いことを特徴とする（１）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（３）第1次の発光源であるLEDがGaN系で、LEDの基板がサファイア、又はSiCであることを特徴とする（１）または（２）に記載の発光ダイオードの製造方法。
（４）第1次の発光源であるLEDがGaN系のLEDであり、第2の発光色が白色系の色であることを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（５）主として蛍光材料からなる薄膜の膜厚が、１００ミクロン以下であることを特徴とする（１）〜（４）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
【０００７】
（６）主として蛍光材料からなる薄膜の膜厚が、５０ミクロン以下であることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（７）主として蛍光材料からなる薄膜の膜厚が、２５ミクロン以下であることを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（８）主として蛍光材料からなる薄膜は、薄膜中の蛍光体重量百分率が７０％以上であることを特徴とする（１）〜（７）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（９）主として蛍光材料からなる薄膜は、薄膜中の蛍光体重量百分率が８５％以上であることを特徴とする（１）〜（８）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法。
（１０）（１）〜（９）の何れか１項に記載の発光ダイオードの製造方法で製造された発光ダイオード。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、色ムラが少なく、かつ安価な発光ダイオードを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
従来の発光ダイオードでは、樹脂の中に蛍光材料を混入させることにより製造するため、樹脂と蛍光材料との比重差により蛍光材料が沈降し、色むらが生ずる等の問題が生じていた。そこで本発明者は、第1次の発光源であるＬＥＤチップの発光面に樹脂を用いずに、直接蛍光材料の薄膜をつける事により、これらの問題を解決するものである。
薄膜の作りかたは、塗布、印刷、蒸着、スパッタリング、その他、適当な方法を選択することができる。
また蛍光材料は、LEDに直接薄膜をつける目的で、各種の添加剤を加えて作業がしやすい状態にすることは当然である。
【００１０】
これにより、上記の問題は下記のように解決することができる。
1)樹脂と蛍光体との比重が異なっても、樹脂に混練する工程が無い。従って、樹脂と蛍光体の比重差による沈降する問題はないので、第1次の発光源であるLEDの発光面につけた蛍光体の薄膜を通り波長変換された第2次の発光波長は均一になり、従って出来た発光ダイオードの色調は均一になる。
2)数種類の蛍光体を混合して用いても、樹脂による混練工程がないので数種類の蛍光体の比重差の影響は受けない。従って数種類の蛍光体を混合しても、出来た発光ダイオードの色調は均一になる。
3) 第1次の発光源であるLEDの発光面に直接蛍光体の薄膜をつけるのであるので、LEDの第1次の発光波長である短波長光が透光性樹脂を透過することは無いので、透光性樹脂の劣化はおきない。
【００１１】
4)樹脂と蛍光体の混練工程が無いので、空気の巻き込みの問題は起きない。従って、歩留まりが向上し悪化し、また空気巻き込み防止のための高価な機器が不必要になり、製造コストが減少する
従って本発明により、色ムラのない安価な発光ダイオードを供給することができる
しかし、LEDチップは大変小さく、かつ多量に生産するので、効率的な生産方法が求められる。
この解決方法として、本発明者は本発明の請求項に記載の、第1次の発光源であるGaN系のLEDの発光波長を、1種類、又は数種類の蛍光材料を用いて波長変換し第２次の発光波長を発光する発光ダイオードにおいて、第1次の発光源であるLEDの光取り出し面に、主として蛍光材料からなる薄膜をLEDウエハー又は集合したチップの状態で、つけることにより波長変換して第2次の発光波長を発光させることを特徴とする、発光ダイオード及び成形方法を提案する
【００１２】
これは個々に切断したLEDチップの状態で、蛍光体薄膜をつけるのは、その成形工程より、種々の機器を要して高価なものになるので、LEDウエハーの状態又は集合したチップの状態で波長変換用蛍光体薄膜を作成するもので、望ましくはLEDウエハーの状態で作成するのが望ましい。
一般的なGaN系のLEDの製造工程を参考までに記述する。なお、具体的な方法は技術の種類により異なり、本特許はこの工程に束縛されるものではない。
1)サファイアウエハーを用意する        
2)MOCVD法でサファイアウエハーの上に種々のエピタキシャル薄膜層を作成する
3)マスクを付けて、エッチング法により不要部分を除去する
4)P,Nの電極をスパッタ法や蒸着法により作成する
5)サファイア面にテープを取り付ける
6)各LEDチップの大きさに切断又は半切断する
7)各LEDチップの電気特性をチェックし、選品、グレード分けする。
8)電極架台（ステム）にLEDチップを装着し電線を取り付ける
9)樹脂で露出したLEDチップの部分を封止する。
【００１３】
上記の工程の中でウエハーの到達温度が蛍光材料の物性に変化を与えない温度範囲内の工程で蛍光材料の薄膜作成の工程を入れるのが望ましく、上記の工程では3)から6)の工程内にいれるのが効率的であるが、集合したチップの状態で蛍光体の薄膜を付けてもかまわない。
GaN系のLEDの場合はサファイア面を上にして、光を取り出すフリップチップ型が光の取り出し効率が高いので、本方法は一段と有利な発光ダイオードを作成する事になる。
発光面が基板とエピタキシャル薄膜層の両面の場合は、本特許で提案したLEDウエハーの状態又は集合したチップの状態で波長変換用蛍光体薄膜を作成する方法は一段とその効果が大きいものとなる。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
サファイア基板を用いたGaN系の発光ダイオードの作成工程に本発明の方法を適用した。
サファイア基板の上に、明細書記述の一般的なGaN系のLEDの製造工程に従い、2)のMOCVD法によりエピタキシャル薄膜層を作成し、3)マスクを付けて、エッチング法により不要部分を除去したのちに、図１に示すように、サファイアウエハー基盤面に蛍光体の薄膜層を作成し、その後4)のP,N,の電極をスパッタ法や蒸着法により作成した。
以降の操作は同じように実施した。これにより生産効率は大幅に向上し、また色ムラの少ない発光ダイオードを作成することができた。
【００１５】
（実施例２）
サファイア基板を用いたGaN系の発光ダイオードの作成工程に本発明の方法を適用した。
サファイア基板の上に、明細書記述の一般的なGaN系のLEDの製造工程に従い、4)のP,N,の電極をスパッタ法や蒸着法により作成するしたのちにサファイアウエハーの基板面に図１のように蛍光体の薄膜層を作成し、その後サファイア面に蛍光体の薄膜層を取り付けた面に5)のテープを取り付けた。
以降の操作は同じように実施した。これにより生産効率は大幅に向上し、また色ムラの少ない発光ダイオードを作成することができた。
【００１６】
（実施例３）
SiC基板を用いたGaN系の発光ダイオードのの作成工程に本発明の方法を適用した。
SiCのLED作成の場合3)のマスクを付けて、エッチング法により不要部分を除去する工程はないので、4)のP,N,の電極をスパッタ法や蒸着法により作成するしたのちにSiC基板面とエピタキシャル薄膜層にと蛍光体の薄膜層を図2のように作成した。
以降の操作は同じように実施した。これにより生産効率は大幅に向上し、また色ムラ  の少ない発光ダイオードを作成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明により色むらのない、安価で高効率で波長変換が可能な発光ダイオードが効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１、実施例２のサファイア基板にGaNの系のLED作成時にサファイアウエハーに蛍光体膜をつけた図である。
【図２】実施例３のSiC基板にGaN系のLED作成時にSiCウエハーに蛍光体膜をつけた図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  電極
２  電極
３  蛍光体薄膜
４  エピタキシャル層
５  基板（GaN系はサファイア、SiC系はSiC）
６  チップの切断面
【図１】
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【図２】
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