JP3546650B2

JP3546650B2 - 発光ダイオードの形成方法

Info

Publication number: JP3546650B2
Application number: JP20131197A
Authority: JP
Inventors: 寛和吉田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JPH1146019A

Description

【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などに係わり、特に発光素子であるＬＥＤチップからの発光を波長変換して発光する蛍光物質を有する発光ダイオード及びＬＥＤ表示器において、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、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。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７−９９３４５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を選択することで、混色を利用して白色光を発光させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような発光ダイオードは、蛍光物質を樹脂中に含有させノズルから注入させることにより形成させる。そのため注入に極めて時間がかかると共に均一量を塗布することが難しい。特に、複数のＬＥＤチップを配置させたＬＥＤ表示器の場合は、ドットマトリックス状に配置された開口部から放出される光が異なった色に見えることがあるため特に問題となる。
【０００６】
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。具体的には、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。
【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。
【０００８】
また、別の方法として、粒子状蛍光体を沈降させてＬＥＤチップ上に蛍光体層を形成する方法が考えられる。このような方法により、均一発光可能な発光ダイオードとすることができる。しかしながら、蛍光体の沈降により形成された発光ダイオード上には、不要な箇所にまで蛍光体が形成されるため量産上好ましくない。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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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物質を有する発光ダイオードの形成方法である。特に、ＬＥＤチップ上に配置される蛍光物質をインクジェット印刷法により形成させる発光ダイオードの形成方法である。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発光ダイオードの形成方法は、ＬＥＤチップ上に設けられた緩衝層を介して蛍光物質を形成されている。
【００１１】
【作用】
本発明は、インクジェット印刷法によりＬＥＤチップが配置された所望の場所に所望量の蛍光物質を選択的に配置することができる。また、選択的に何度でも蛍光物質を塗布することができる。そのため、より均一発光可能な発光ダイオードを量産性よく形成することができる。特に、ドットマトリックス状に開口部を有し、ＬＥＤチップが配置されたＬＥＤ表示装置においては、コーティング部の形成を開口部内だけに選択して構成することができる。そのため不要な箇所に蛍光体が付着することなく量産性が向上する。また、形成させた発光ダイオードを発光観測させ色むらが生じているところのみ選択的に蛍光物質を新たに配置させることができるため極めて均一発光可能な発光ダイオードとすることができる。
【００１２】
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極めて少なくすることができる。ＬＥＤ上に配置される蛍光物質の量がきわめて少量であっても蛍光物質の量を比較的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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、ＬＥＤチップ上に配置される蛍光物質をインクジェット印刷法により配置させることによって、量産性よく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が改善された発光ダイオードを形成できることを見出し本発明を成すに到った。
【００１４】
即ち、本発明は、蛍光物質をＬＥＤチップの所望箇所に選択的又繰り返しに塗布することができる。そのため、量産性よく発光ダイオードを形成することができる。また、ＬＥＤチップ上に配置された蛍光物質が部分的に少ないことにより、生ずる色むらを解消することができる。
【００１５】
本発明の発光ダイオードの一例について、図２を用いて説明する。図２には、ＬＥＤチップが配置される基板として多層積層したセラミック基板を利用した。セラミック基板には、ドットマトリックス状に多数の開口部が設けられている。開口部内には、ＬＥＤチップが配置されセラミック基板内の導電性パターンと電気的に接続可能なように構成されている。なお、セラミック基板は、ドットマトリック状ごとに割ることができる。
【００１６】
セラミック基板の各開口部内にエポキシ樹脂を用いてＬＥＤチップをそれぞれダイボンドする。ＬＥＤチップは、青色光が発光可能な窒化物系化合物半導体素子を用いた。
【００１７】
ＬＥＤチップの電極とセラミック基板上に形成された導電性パターンとをＡｇペーストにより接着させた。その後、各開口部内に配置されたＬＥＤチップ上に選択してペリレン系の有機蛍光染料をインクジェットプリンターから塗布させる。有機蛍光染料は、ＬＥＤチップの青色光を吸収して黄色系が発光可能なペリレン系誘導体を利用している。ＬＥＤチップ及び蛍光物質をドットマトリックス状に配置した開口部内に選択的に配置させることによりＬＥＤ表示器とすることができる。また、セラミック基板形成時にドットマトリックスごとに分割できるよう切れ目を構成させておけば、押圧により複数の発光ダイオードに分割することができる。分割されたものは、白色系が発光可能な個々の発光ダイオードとして機能することができる。以下、本発明の構成部材について詳述する。
【００１８】
（インクジェット印刷法）
本発明のインクジェット印刷法とは、塗布データに基づきインクジェットプリントヘッド２００を駆動して蛍光物質１０１を塗布する方法である。インクジェットプリンタヘッド２００は、微少な圧力室に導入された蛍光物質１０１をノズル３０２から飛翔させＬＥＤチップ１０３上などに付着させるものである。圧力室の圧力を高める手段としては、圧電素子を作動させるものや、圧力室の一部の温度を瞬間的に高め気泡を発生させることにより、その気泡発生の圧力により蛍光物質を飛翔させるものなどが挙げられる。したがって、粒子状蛍光体の場合は、インクジェット印刷法により塗布できるようアルコール、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などに混合させ印刷可能な状態とすることが好ましい。この場合、インクジェットプリンタヘッド２００のノズル３０２に対して蛍光体の粒子が大きければ目づまりを生ずる場合がある。また、粒径が不規則であれば蛍光体の粒径がノズル径より小さくとも目詰まりしやすい傾向にある。そのため、粒子状蛍光体をインクジェット印刷法により塗布する場合は、濾過し数μ程度の粒径及び形状を揃えておくことが望ましい。さらに、粒子状蛍光体を利用する場合は、圧電素子を用いた方が気泡を利用するものよりもより粒径の大きな粒子状蛍光体にまで対応できるため好ましい。インクジェットプリントヘッドは、６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉ程度の解像度とすることができる。したがって、ＬＥＤチップ上の任意の位置に蛍光物質を形成することができる。
【００１９】
インクジェットプリンタヘッドから放出される物質として、蛍光体に加え光安定化剤や赤外線反射部材などを混合して放出させることもできる。このような光安定化剤としてベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤や赤外線反射部材として酸化チタンが挙げられる。
【００２０】
インクジェットプリンタヘッドを駆動させてドットマトリックス状に開口したパッケージの具体的方法として、次の方法が好適に挙げられる。予めマトリックス状に配置させたパッケージの開口部をインクジェット印刷機のメモリーに記憶させておき、メモリーに沿ってインクジェットプリンタヘッドを縦横に駆動させる。ドットマトリックス状に配置したパッケージの開口部のみに蛍光体が含有されたアルコールなどをインクジェットプリンタヘッドから放出させ緩衝層上に蛍光物質を塗布させる。
【００２１】
次に、各ＬＥＤチップを発光させた状態において、光センサを走査させ発光色及びそのＬＥＤチップの場所をメモリーに記憶させる。光センサにより読みとられた各ＬＥＤチップの発光色と基準となる発光色と比較し蛍光物質の量が少ない場合、追加塗布する蛍光物質の量を演算する。演算された塗布量に基づいて、その開口部のみ選択的にインクジェットプリンタヘッドから再び蛍光物質を所望量塗布させる。（或いは、演算された発光色に基づいてその開口部のみ組成の異なる蛍光物質を選択的にインクジェットプリンタヘッドから再び蛍光物質を所望量塗布させる。）なお、光センサ及びインクジェットプリンタヘッドの精度によっては、パッケージ開口部内のどの位置に蛍光物質を塗布させるかをも選択させることができる。
【００２２】
（蛍光物質１０１）
本発明に用いられる蛍光物質１０１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ものをいう。ＬＥＤチップ１０３が発光した光と、蛍光物質１０３が発光した光が補色関係などにある場合、さらには、ＬＥＤチップ１０３からの光が紫外線でありそれにより励起された２種類以上の蛍光物質の光が補色関係にある場合、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蛍光物質１０１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チップが発光した青色の光と、それによって励起され発光する蛍光物質の黄色光が挙げられる。
【００２３】
発光ダイオードの発光色は、ＬＥＤチップ１０３上に配置される蛍光物質１０１の量（即ち、インクジェット印刷法により塗布される一回の蛍光物質の量やインクジェット印刷法を繰り返す回数など）を種々調整すること及びＬＥＤチップ１０３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。
【００２４】
具体的な蛍光物質１０１としては、ペリレン系蛍光染料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）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。蛍光物質１０１として特に（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップ１０３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。
【００２５】
（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体１０１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５８０ｎｍ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。
【００２６】
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。
【００２７】
本発明の発光ダイオードにおいて、２種類以上の蛍光物質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）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であるＬＥＤチップの発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光物質１０１を混合調整など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物質１０１の量を調整し含有させることでその蛍光物質間と発光素子で結ばれる色度図上の任意点を発光させることができる。
【００２８】
（緩衝層１０２）
本発明に用いられる緩衝層１０２とは、ＬＥＤチップ１０３上に配置されＬＥＤチップ１０３や外部電極などによって生ずる凹凸を緩和する。また、インクジェット印刷法により飛翔した蛍光物質１０１によるＬＥＤチップ１０３などの損傷を低減するものである。緩衝層１０２の具体的材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂や硝子などが挙げられる。このような緩衝層１０２は、パッケージ１０５開口部のＬＥＤチップ１０３上にノズルからエポキシ樹脂などを放出硬化させることにより形成させることができる。
【００２９】
また、緩衝層１０２を設けることでＬＥＤチップ１０３から放出された光が蛍光物質１０１により直接反射、散乱されることがない。そのためＬＥＤチップ１０３から放出された高エネルギー光が高密度になることがなく有機蛍光染料などを用いたとしても蛍光物質１０１や緩衝層１０２自体が劣化しにくい。
【００３０】
（ＬＥＤチップ１０３）
本発明に用いられるＬＥＤチップ１０３とは、蛍光物質１０１を励起させ発光させることが可能なものである。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、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、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。本発明に用いられるＬＥＤチップ１０３として好ましくは、蛍光物質１０１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）が挙げられる。
【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、Ｓｉ、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、各半導体層を形成した後、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、蛍光物質１０１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１０３と蛍光物質１０１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】
（外部電極１０４）
外部電極１０４は、パッケージ１０５外部からの電力を内部に配置されたＬＥＤ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１０５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)(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。
【００３６】
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、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、板厚は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１８〜７０μｍ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。
【００３７】
（パッケージ１０５）
パッケージ１０５は、ＬＥＤチップ１０３を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１０５とすることもできる。パッケージ１０５は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部環境から保護するためにモールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ１０５は、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１０５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。
【００３８】
パッケージ１０５は、外部電極１０４と一体的に形成させてもよく、パッケージ１０５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。パッケージ１０５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１０５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（ＰＰＳ）、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、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、或いはパッケージの発光観測表面側が暗色系に着色されることが好ましい。具体的には、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃やカーボンブラックなどが好適に挙げられる。
【００３９】
ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０５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。この場合、ＬＥＤチップ１０３の電極とパッケージ１０５に設けられた外部電極１０４とは導電性ワイヤーによりワイヤーボンディングすることにより電気的に接続させることが好ましい。また、ＬＥＤチップ１０３を配置固定させると共にパッケージ１０５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。
【００４０】
特に、基板として多層積層したセラミック基板を利用した場合、インクジェット印刷法を利用し比較的簡単にＬＥＤ表示器や発光ダイオードを形成することができる。具体的には、ドットマトリックス状に多数の開口部をもったグリーンシートを積層させて焼結させパッケージ１０５を形成することができる。パッケージの各開口部内にはＬＥＤチップ１０３、緩衝層１０２や蛍光物質１０１などを配置させることができる。そのため、これをそのまま利用して高精細なＬＥＤ表示器を構成することができる。また、セラミック基板形成時に各ドットごとに分割できるよう切り込みを設けることもできる。ＬＥＤ表示器形成後、切り込みに沿って圧力を加えることにより所望の大きさの発光ダイオードに分割することもできる。分割された発光ダイオードは、分割の形状によりライン状に配置された発光ダイオードや複数個の発光ダイオードとすることができる。
【００４１】
（モールド部材１０６）
モールド部材１０６とは、ＬＥＤチップ１０３や蛍光物質１０１を外部から保護するために好適に用いられるものであり、ＬＥＤチップ１０３や蛍光物質１０１から放出される光を効率よく透過できるものが好ましい。インクジェット印刷法により無機蛍光体粒子を塗布させる場合、緩衝層１０２を溶融する溶媒を含有していないときは無機蛍光体粒子が付着しないためモールド部材１０６を設けることが好ましい。モールド部材１０６により蛍光物質をパッケージ開口部に保持させることができる。このような、モールド部材１０６の具体的材料として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂や硝子など種々のものが好適に挙げられる。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４６５ｎｍ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に対し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、ＬＥＤ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チップをフェースダウンで固定させる。固定は、ＬＥＤチップの各電極と外部電極とをＡｇが含有されたエポキシ樹脂を用いて行い電気的接続も同時にとっている。Ａｇが含有されたエポキシ樹脂を硬化後、パッケージの開口部にエポキシ樹脂を注入して緩衝層を形成させた。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。８２８０個のＬＥＤチップが配置されたパッケージを密着してドットマトリックス状に配置させる。
【００４４】
他方、蛍光物質は、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）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ_0.03蛍光体をアルコール中に拡散分散させる。
【００４５】
予めマトリックス状に配置させたパッケージの開口部をインクジェット印刷機のメモリーに記憶させておき、メモリーに沿ってインクジェットプリンタヘッドを縦横に駆動させる。ドットマトリックス状に配置したパッケージの開口部のみに蛍光体が含有されたアルコールをインクジェットプリンタヘッドから放出させ緩衝層上に蛍光物質を塗布させる。
【００４６】
次に、各ＬＥＤチップを発光させた状態において、光センサを走査させ発光色及びそのＬＥＤチップの場所をメモリーに記憶させる。光センサにより読みとられた各ＬＥＤチップの発光色と基準となる発光色と比較し蛍光物質の量が少ない場合、蛍光物質の塗布量を演算する。演算された塗布量に基づいて、その開口部のみ選択的にインクジェットプリンタヘッドから再び蛍光物質を所望量塗布させる。
【００４７】
加熱によりパッケージ内のアルコール成分を飛ばし後、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流し込んだ。透光性エポシキ樹脂を注入後、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。
【００４８】
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測定した色温度は、８０００Ｋを示した。各発光ダイオードの発光観測面における色むら、ほとんど観測されなかった。また、ＣＩＥ色度図上のｘ，ｙ＝（０．３０５，０．３２０）±０．０３で囲まれた範囲内に、約９８％の各発光ダイオードが分布していた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオードの形成方法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を量産性よく形成することができる。
【００５０】
本発明の請求項２の方法とすることにより、ＬＥＤチップ上の凹凸に関係なくより均一な発光を得られる発光ダイオードとすることができる。さらに、塗布圧を向上させてもＬＥＤチップなどに損傷を与えることなく歩留まりの高い発光ダイオードを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の発光ダイオード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、本発明のインクジェットプリンタヘッドで蛍光物質を塗布中のＬＥＤ表示器の模式的正面図である。
【図３】図３は、本発明の発光ダイオードを形成させるインクジェットプリンタヘッドによる印刷原理を説明するための模式的説明図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１・・・蛍光物質
１０２・・・緩衝層
１０３、２０３・・・ＬＥＤチップ
１０４、２０４・・・外部電極
１０５・・・ＬＥＤチップ
１０６・・・モールド部材
２００、３００・・・インクジェットプリンタヘッド
２０５・・・ＬＥＤチップ及び蛍光物質を配置可能な開口部を有するパッケージ
３０２・・・蛍光物質が放出可能なノズル

Claims

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物質と、を有する発光ダイオードの形成方法であって、
前記ＬＥＤチップ上に配置される蛍光物質は、インクジェット印刷法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。
前記蛍光物質は、前記ＬＥＤチップ上に設けられた緩衝層を介して形成される請求項１に記載の発光ダイオードの形成方法。